Analysis of the cathepsin C expression during human keratinocytes in vitro differentiation

Katepsyna C, znana również jako dipeptydylopeptydaza I, działa jako enzym aktywujący dojrzewanie proteaz serynowych w wielu komórkach układu immunologicznego, w tym neutrofilach. Ze względu na rolę jaką pełni w organizmie, stanowi interesujący cel dla inhibitorów związanych z łagodzeniem patologicznego stanu zapalnego. Obecnie blokowanie dojrzewania proteaz serynowych, wywołane podaniem inhibitora katepsyny C, badane jest w wypadku wielu chorób o podłożu zapalnym i autoimmunizacyjnym, takich jak chociażby przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP). Interesującym modelem badawczym wydaje się być w tej kwestii także skóra. W przebiegu wielu chorób skórnych, takich jak dermatozy neutrofilowe czy łuszczyca, opisuje się udział komórek układu immunologicznego. Obserwowane w patogenezie tych chorób zaburzenia napływu neutrofili do skóry i nadmierna aktywacja proteaz serynowych, czynią katepsynę C atrakcyjnym celem terapeutycznym. Aby poszerzyć wiedzę na temat produkcji katepsyny C w skórze, w pracy postanowiono zbadać poziom ekspresji katepsyny C w trakcie różnicowania ludzkich keratynocytów w warunkach in vitro. W tym celu wykorzystano między innymi techniki pozwalające na ocenę przyrostu transkryptu w komórkach, takie jak ilościowy PCR (qPCR), a także ocenę ilości białka za pomocą Western Blot. Uzyskane wyniki pozwoliły na odrzucenie początkowej hipotezy o różnicy w ekspresji katepsyny C podczas różnicowania w warunkach 2D oraz przypuszczenie o braku zmian w ekspresji katepsyny C również w warunkach różnicowania 3D, skłaniając ku stwierdzeniu konstytutywnej ekspresji genu CTSC. Badania ilości białka pozwoliły na stwierdzenie przyrostu aktywnej postaci katepsyny C wraz z czasem różnicowania, co mogłoby wskazywać na zmieniające się w komórce warunki podczas różnicowania, umożliwiające aktywację katepsyny C. Wytyczono dalszy konieczny kierunek badań dotyczący obecności i aktywności enzymów aktywujących katepsynę C w keratynocytach. Zaproponowano również dodatkowe analizy mające na celu sprawdzenie wydzielania katepsyny C przez keratynocyty i zdolności inhibitorów katepsyny C do wchodzenia do wnętrza komórki.

Cathepsin C, known as dipeptidyl peptidase I, works as an enzyme that activates the maturing of serine proteases in many cells of the immune system, including neutrophils. Due to its role in the organism, it appears as an interesting target for inhibitors aimed at alleviating a pathological inflammatory state. Currently, inhibiting the maturation of serine proteases induced by the use of a cathepsin C inhibitor is being investigated in the context of various inflammatory and autoimmune diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Another interesting research model in this regard is the skin. In the course of many skin diseases, such as neutrophilic dermatoses or psoriasis, the participation of immune system cells is described. The observed disturbances in the influx of neutrophils to the skin and excessive activation of serine proteases in the pathogenesis of these diseases make cathepsin C an attractive therapeutic target. To expand knowledge on the production of cathepsin C in the skin, the study aimed to investigate the expression level of cathepsin C during the differentiation of human keratinocytes in vitro. To achieve this, techniques were employed to assess transcript growth in cells, such as quantitative PCR (qPCR), as well as to evaluate protein quantity using Western Blot. The results obtained allowed for the rejection of the initial hypothesis about the difference in cathepsin C expression during differentiation in 2D conditions and the assumption that there were no changes in cathepsin C expression in 3D differentiation conditions, leading to the conclusion that the CTSC gene is constitutively expressed. Research on the amount of protein allowed to determine an increase in the active form of cathepsin C over time of differentiation, which could indicate changing conditions within the cell during differentiation, enabling the activation of cathepsin C. Further research directions were outlined concerning the presence and activity of enzymes that activate cathepsin C in keratinocytes. Additional assays were also proposed to investigate the secretion of cathepsin C by keratinocytes and the ability of cathepsin C inhibitors to enter the cell interior.