Frühe mechanische Hautirritation in der TNF-α defizienten Maus

Abstract

The skin is the largest human organ and forms a protective barrier against the environment. Irritation of the skin may lead to local inflammatory reactions and, once chronified, even to dermatological disorders such as irritative or atopic dermatitis (AD). Atopic dermatitis is one of the most common inflammatory skin disorders worldwide, with a prevalence of up to 20% among children and 3% among adults. Even though our knowledge about AD has increased significantly in recent years, many aspects concerning its molecular pathogenesis still remain elusive. Tumor necrosis factor-α (TNF-α) is one of the best known pro-inflammatory cytokines and a key mediator in several inflammatory diseases, such as inflammatory bowel disease or psoriasis. However, its role in AD still remains unclear. In a mouse model, it has been demonstrated that TNF-KO mice develop an aggravated form of AD compared to wild type (WT) mice. Moreover, AD-like symptoms are a possible side effect in patients after anti-TNF treatment. This raises the question of whether a different cytokine profile may explain an AD predisposition in the absence of TNF-α. The aim of this thesis was to uncover differences in cytokine patterns upon physical skin irritation in WT and TNF-KO mice ex vivo. For this purpose, the skin of TNF-KO and WT mice was irritated by means of either wet shaving only or additional tape stripping. Biopsies were taken and 96 cytokines were measured in skin samples by a multi-array enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Seven cytokines were selected for further investigation by ELISA and mRNA cytokine expressions were evaluated by qRT-PCR. Chemokine (C-X-C motif) ligand 1 (CXCL1), Chemokine (C-X-C motif) ligand 2 (CXCL2), interleukin-5 (IL-5), and interleukin-18 (IL-18) expression increased significantly upon wet shaving in TNF-KO and WT mice. When comparing the cytokine levels between the two genotypes, we observed a tendency towards higher levels of IL-5 and significantly higher levels of IL-17BR in TNF-KO mice upon physical skin irritation compared to WT mice. Whereas IL-5 is already associated with AD and irritated skin, it is the first time that IL-17BR was shown to be induced upon physical skin irritation under TNF-deficiency. In summary, the data suggest deviations of local cytokine responses, which may be responsible for the onset of AD-like symptoms upon TNF-deficiency.

Die Haut stellt das größte Organ des Menschen dar und schützt vor externen Reizen der Umwelt. Hautirritationen können lokale Entzündungen verursachen und wenn sie chronifizieren, gar zu dermatologischen Erkrankungen wie der irritativen oder der atopischen Dermatitis führen. Die atopische Dermatitis stellt mit einer Prävalenz von bis zu 20% in Kindern und bis zu 3% in Erwachsenen, eine der häufigsten dermatologischen Krankheiten dar. Tumor Nekrose Faktor-α (TNF-α) ist bekannt als pro-inflammatorisches Zytokin, welches eine Schlüsselrolle bei verschiedenen entzündlichen Erkrankungen einnimmt. Die Bedeutung von TNF-a im Zusammenhang mit der atopischen Dermatitis ist jedoch noch unklar. In einem Mausmodell wurde gezeigt, dass TNF-KO-Mäuse eine schwerere Form der atopischen Dermatitis entwickelten als WT-Mäuse. Außerdem sind ähnliche Symptome eine mögliche Nebenwirkung von TNF-Antikörper Therapien. Es stellt sich die Frage, ob ein unterschiedliches Zytokinprofil in der TNF-defizienten Maus hierfür verantwortlich ist. Ziel der vorgelegten Promotionsarbeit war es, zu untersuchen, ob Unterschiede in der Zytokinantwort nach mechanischer Hautirritation in der TNF-KOMaus im Vergleich zur WT-Maus vorliegen. Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurde ex vivo die Haut der TNF-KO- und WT-Mäuse durch Nassrasur oder zusätzlichem Tape-stripping (Tesafilm-Abriss) irritiert. Biopsien wurden entnommen und mittels eines Multi-Array ELISAs wurden die Konzentrationen von 96 Zytokinen in den Hautproben gemessen. Sieben Zytokine hiervon wurden anschließend mittels eines Einzel-ELISA überprüft. Die mRNA-Expression der Zytokine wurde mittels qRT-PCR gemessen. Die Expression von Chemokine (C-X-C motif) ligand 1 (CXCL1), Chemokine (C-X-C motif) ligand 2 (CXCL2), Interleukin-5 (IL-5) und Interleukin-18 (IL-18) ist signifikant durch Irritation mittels Nassrasur in WT und TNF-KO Maus gestiegen. In der TNF-KO Maus ist im Vergleich zum WT die Proteinexpression für IL-17BR signifikant höher und für IL-5 tendenziell höher nach Hautirritation angestiegen. Während die vermehrte Expression von IL-5 bei der AD bekannt ist, konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass in Folge von mechanischer Hautirritation, IL-17BR in der TNF-defizienten Maus stärker ansteigt als im WT. Zusammenfassend weisen die Daten darauf hin, dass eine Dysregulation der lokalen Zytokinreaktion, den Ausbruch einer AD-ähnlichen Symptomatik unter TNFDefizienz fördern könnte.