Contribuciones relativas de los receptores de glucocorticoides y mineralocorticoides en la biología cutánea

Abstract

[ES] Nuestra investigación se centra en comprender los mecanismos moleculares que median las acciones de los glucocorticoides (GCs) en la fisiopatología de la piel mediante el análisis funcional del receptor de GCs (GR) y el receptor de mineralocorticoides (MR), dos proteínas altamente relacionadas estructural y funcionalmente, que actúan como factores de transcripción dependientes de ligando. Nuestros datos previos demuestran que GR juega un papel central en el desarrollo de la piel; en la edad adulta, tanto GR como MR actúan como mediadores anti-inflamatorios en enfermedades cutáneas (Sevilla et al. 2013; Boix et al. 2016). No obstante, desconocíamos si los receptores ejercían funciones cooperativas o antagónicas en la epidermis. Esta tesis doctoral se ha centrado en la generación y caracterización de ratones con inactivación específica en la epidermis de GR y MR (ratones double knock-out o DKO). Al nacer, los DKO mostraron un fenotipo cutáneo con diferenciación epidérmica defectuosa y un estado inflamatorio único caracterizado por infiltrados inmunes epiteliales y alteraciones en la expresión génica, similar a las lesiones psoriáticas. Este fenotipo fue mucho más severo que el de los KO individuales (ratones GR epidermal KO o GREKO y MR epidermal KO o MREKO), pero se resolvió espontáneamente a partir del día post-natal 3. En la edad adulta, la piel DKO mostró un aumento en el grosor epidérmico, similar al de los KO individuales. Todos los ratones KO mostraron una mayor susceptibilidad a la inflamación aguda respecto a los controles (CO), que no se contrarrestó de forma efectiva por un tratamiento tópico con GCs. Además, los ratones DKO mostraron una mayor susceptibilidad a la psoriasis inducida por imiquimod respecto a los KO individuales. El aumento de la respuesta inflamatoria en los DKO era consistente con un aumento significativo de la actividad de AP-1 y NF-kappaB en queratinocitos DKO respecto a los CO o KO individuales. En conjunto, nuestros datos demuestran que GR y MR epidérmicos actúan de manera cooperativa para contrarrestar la inflamación de la piel, durante el desarrollo y la edad adulta, y que ambos son necesarios para una respuesta transcripcional óptima y una actividad terapéutica de los GCs. Los tratamientos prolongados con dosis farmacológicas de GCs producen defectos como la atrofia cutánea, similar a la que tiene lugar durante el envejecimiento cronológico, que correlaciona con un aumento de los niveles locales endógenos de GCs. Este trabajo ha abordado las consecuencias fenotípicas de la pérdida epidérmica de MR durante el envejecimiento cronológico y los mecanismos involucrados. Los ratones MREKO de 13 meses de edad fueron resistentes a la atrofia epidérmica pero mostraron un menor grosor dérmico y depósito de colágeno, en parte debido a una disminución de la actividad SMAD2/3 respecto a la piel de ratones CO. Además, el tejido adiposo subcutáneo (dWAT) se engrosó 2.5 veces en MREKO vs CO a los 13 meses, con hiperplasia e hipertrofia de adipocitos. Estos cambios se desencadenaron, al menos en parte, a través de alteraciones en la señalización mediada por GCs, y la activación de WNT/beta-catenina inducida por señales paracrinas epidérmicas que condujeron al aumento de expresión de Pparg. Estos resultados demuestran un papel crucial de MR epidérmico en la regulación del cross-talk entre compartimientos durante el envejecimiento cronológico de la piel.

[CA] La nostra investigació se centra en comprendre els mecanismes moleculars que regulen les accions dels glucocorticoides (GCs) en la fisiopatologia de la pell mitjançant l'anàlisi funcional del receptor de GCs (GR) i el receptor de mineralocorticoides (MR), dues proteïnes altament relacionades estructural i funcionalment, que actuen com a factors de transcripció dependents de lligant. Els nostres resultats previs demostren que GR juga un paper central en el desenvolupament de la pell; en l'edat adulta, tant GR com MR actuen com a mediadors antiinflamatoris en malalties cutànies (Sevilla et al. 2013; Boix et al. 2016). No obstant, desconeixíem si els receptors exercien funcions cooperatives o antagòniques en l'epidermis. Aquesta tesi doctoral s'ha centrat en la generació i caracterització de ratolins amb inactivació específica en l'epidermis de GR i MR (ratolins double knock-out o DKO). En néixer, els DKO van mostrar un fenotip cutani amb diferenciació epidèrmica defectuosa i un estat inflamatori únic caracteritzat per infiltrats immunes epitelials i alteracions en l'expressió gènica, similar a les lesions psoriàtiques. Aquest fenotip va ser molt més sever que el dels KO individuals (ratolins GR epidermal KO o GREKO i MR epidermal KO o MREKO), però es va resoldre espontàniament a partir del dia post-natal 3. En l'edat adulta, la pell DKO va mostrar un augment en el gruix epidèrmic, similar al dels KO individuals. Tots els ratolins KO van mostrar una major susceptibilitat a la inflamació aguda en comparació als controls (CO), que no va ser contrarestada de manera efectiva per un tractament tòpic amb GCs. A més, els ratolins DKO van mostrar una major susceptibilitat a la psoriasis induïda per imiquimod respecte als KO individuals. L'augment de la resposta inflamatòria en els DKO era consistent amb un augment significatiu de l'activitat d'AP-1 i NF-kappaB en queratinòcits DKO respecte als CO o KO individuals. En conjunt, les nostres dades demostren que GR i MR epidèrmics actuen de manera cooperativa per contrarestar la inflamació de la pell, durant el desenvolupament i l'edat adulta, i que tots dos són necessaris per a una resposta transcripcional òptima i una activitat terapèutica dels GCs. Els tractaments prolongats amb dosis farmacològiques de GCs produeixen defectes com l'atròfia cutània, similar a la que té lloc durant l'envelliment cronològic, que correlaciona amb un augment dels nivells locals endògens de GCs. Aquest treball ha abordat les conseqüències fenotípiques de la pèrdua epidèrmica de MR durant l'envelliment cronològic i els mecanismes involucrats. Els ratolins MREKO de 13 mesos d'edat van ser resistents a l'atròfia epidèrmica però van mostrar un menor gruix dèrmic i dipòsit de col¿lagen, en part a causa d'una disminució de l'activitat SMAD2/3 respecte a la pell de ratolins CO. A més, el teixit adipós subcutani (dWAT) es va engrossir 2.5 vegades en MREKO vs CO als 13 mesos, amb hiperplàsia i hipertròfia d'adipòcits. Aquests canvis es van desencadenar, almenys en part, a través d'alteracions en la senyalització mediada per GCs, i l'activació de WNT/beta-catenina induïda per senyals paracrines epidèrmiques que van conduir a l'augment d'expressió de Pparg. Aquests resultats demostren un paper crucial de MR epidèrmic en la regulació del cross-talk entre compartiments durant l'envelliment cronològic de la pell.

[EN] Our research focuses on understanding the molecular mechanisms that mediate the actions of glucocorticoids (GCs) in skin pathophysiology through functional analysis of the GC receptor (GR) and the mineralocorticoid receptor (MR), two highly related structural and functionally proteins, which act as ligand-dependent transcription factors. Our previous data show that GR plays a central role in skin development; in adulthood, both GR and MR act as anti-inflammatory mediators in skin diseases (Sevilla et al. 2013; Boix et al. 2016). However, we did not know if the receptors exerted cooperative or antagonistic functions in the epidermis. This doctoral thesis has focused on the generation and characterization of mice with specific inactivation in the epidermis of GR and MR (double knock-out or DKO mice). At birth, DKO show a skin phenotype with defective epidermal differentiation and a unique inflammatory state characterized by epithelial immune infiltrates and alterations in gene expression, similar to psoriatic lesions. This phenotype was much more severe than that of individual KO (GR epidermal KO or GREKO and MR epidermal KO or MREKO mice), but resolved spontaneously from postnatal day 3. In adulthood, DKO skin showed an increase in epidermal thickness, similar to that of individual KO. All KO mice showed greater susceptibility to acute inflammation compared to controls (CO), which was not effectively counteracted by topical treatment with GCs. Furthermore, DKO mice show a greater susceptibility to imiquimod-induced psoriasis relative to individual KO. The increased inflammatory response in DKO was consistent with a significant increase in AP-1 and NF-kappaB activity in DKO keratinocytes relative to CO or individual KO. Taken together, our data show that epidermal GR and MR act cooperatively to counteract skin inflammation, during development and adulthood, and that both are required for optimal transcriptional response and therapeutic activity of GCs. Prolonged treatments with pharmacological doses of GCs produce defects such as cutaneous atrophy, similar to that which occurs during chronological aging, which correlates with an increase in endogenous local levels of GCs. This work has addressed the phenotypic consequences of epidermal loss of MR during chronological aging and the mechanisms involved. The 13-month-old MREKO mice were resistant to epidermal atrophy but displayed reduced dermal thickness and collagen deposition, in part due to a decrease in SMAD2 3 activity relative to the skin of CO mice. In addition, the subcutaneous adipose tissue (dWAT) thickened 2.5 times in MREKO vs CO at 13 months, with hyperplasia and hypertrophy of adipocytes. These changes were triggered, at least in part, through alterations in GC-mediated signaling, and the activation of WNT/beta-catenin induced by epidermal paracrine signals that led to increased expression of Pparg. These results show a crucial role for epidermal MR in the regulation of the cross-talk between compartments during chronological skin aging.