The importance of the immune system and the peripheral nervous system in the development of skin lesions in Mcpip1EKO mice

Mcpip1 (Regnaza-1) jest białkiem kodowanym przez gen Zc3h12a. Jego główną funkcją jest hamowanie odpowiedzi immunologicznej poprzez destabilizowanie transkryptów mRNA wielu cytokin i hamowanie aktywności czynnika NF-κB. Regnaza-1 występuje min. w skórze, która jest najbardziej zewnętrzną barierą organizmu człowieka zapewniającą ochronę mechaniczną oraz chroni przed wnikaniem drobnoustrojów. Do przewlekłych chorób zapalnych skóry zalicza się atopowe zapalenie skóry (AZS) oraz łuszczycę, charakteryzujące się pojawianiem swędzących zmian skórnych oraz zmienionym profilem immunologicznym skóry. Problem występowania wyżej wspomnianych chorób jest szczególnie interesujący w kontekście regulacji stanu zapalnego przez białko Mcpip1, przez którego działanie dochodzi do zmniejszonej ekspresji wielu cytokin prozapalnych, w tym IL-17a i IL-36. Cytokiny te są uważane, za jeden z czynników indukujących rozwój łuszczycy. W niniejszej pracy magisterskiej wykorzystywano myszy z keratynocyto-specyficzną delecją białka Mcpip1 w naskórku (myszy Mcpip1EKO). Rozwijają one ogólnoustrojowy stan zapalny, ale także pojawiające się w czasie zmiany skórne przypominające zmiany łuszczycowe, czemu towarzyszy świąd. Pojawienie świądu, jest czynnikiem indukującym mimowolny odruch drapania, za który odpowiedzialny jest obwodowy układ nerwowy przekazujący bodziec ze skóry, poprzez zwoje nerwowe, aż do mózgu. Zwoje nerwowe są strukturami składającymi się głównie z ciał komórek neuronów czuciowych, a ich funkcją jest przekaz bodźców. Pobudliwość neuronów czuciowych zależy od obecności kanałów generujących potencjały czynnościowe, jak np. kanały TRPV1 obecne w zakończeniach nerwowych skóry i zwojach nerwowych i aktywowane min. przez cytokiny prozapalne. Przykładami zwojów nerwowych są zwoje korzenia grzbietowego (DRG, ang. dorsal root ganglia) oraz zwoje nerwu trójdzielnego (TG, ang. trigeminal ganglia). Jest coraz więcej dowodów świadczących o nacieku komórek immunologicznych do zwojów nerwowych. Dlatego też, celami pracy magisterskiej było zbadanie i charakterystyka potencjalnych nacieków leukocytów do zwojów nerwowych oraz ocena roli kanału TRPV1 w rozwoju odruchu drapania po stosowaniu jego agonisty u myszy Mcpip1EKO. Zastosowanie cytometrii przepływowej umożliwiło zidentyfikowanie nacieków neutrofili i eozynofilii akumulujących się w DRG myszy Mcpip1EKO wraz z wiekiem, co dla neutrofili zostało potwierdzone za pomocą barwienia immunohistochemicznego. W przypadku TG nie wykryto żadnych potencjalnych nacieków komórek immunologicznych. Analiza liczby odruchów drapania obserwowana w czasie u myszy kontrolnych i po podaniu resiniferatoksyny wykazała, że myszy Mcpip1EKO rozwijają zmiany behawioralne, które prawdopodobnie nie są zależne od kanału TRPV1. Podsumowując, przedstawione wyniki wskazują na niezbadane do tej pory zależności między DRG, naciekającymi do nich neutrofilami i powstawaniem przewlekle swędzących zmian skórnych u myszy Mcpip1EKO.

Mcpip1 (Regnase-1) is a protein encoded by the Zc3h12a gene. Its main function is to suppress the immune response by destabilizing the mRNA transcripts of many cytokines and inhibiting the activity of NF-κB factor. Regnase-1 is found min. in the skin, which is the outermost barrier of the human body that provides mechanical protection and protects against the entry of microorganisms. Chronic inflammatory skin diseases include atopic dermatitis (AD) and psoriasis, characterized by the appearance of itchy skin lesions and an altered immune profile of the skin. The problem of the occurrence of the above-mentioned diseases is of particular interest in the context of the regulation of inflammation by the Mcpip1 protein, through the action of which there is a reduced expression of many pro-inflammatory cytokines, including IL-17a and IL-36. These cytokines are considered, one of the factors inducing the development of psoriasis. In this master’s thesis, mice with keratinocyte-specific deletion of the Mcpip1 protein in the epidermis (Mcpip1EKO mice) were used. They develop systemic inflammation, but also appear psoriasis-like skin lesions over time, accompanied by itching. The appearance of itch is the inducer of the involuntary scratching reflex, for which the peripheral nervous system is responsible. It transmits the stimulus from the skin, through the ganglia, up to the brain. The ganglia are structures consisting mainly of cell bodies of sensory neurons, and their function is to transmit stimuli. The excitability of sensory neurons depends on the presence of channels that generate action potentials, such as TRPV1 channels present in skin nerve endings and ganglia and activated e.g., by pro-inflammatory cytokines. Examples of ganglia include the dorsal root ganglia (DRG) and the trigeminal ganglia (TG). There is increasing evidence of immune cell infiltration into the ganglia. Therefore, the goals of the thesis were to investigate and characterize potential leukocyte infiltration into the ganglia and to assess the role of the TRPV1 channel in the development of the scratch reflex after treatment with TRPV1 agonist in Mcpip1EKO mice. The use of flow cytometry identified infiltration of neutrophils and eosinophils accumulating in the DRG of Mcpip1EKO mice with age, which for neutrophils was confirmed by immunohistochemical staining. No potential immune cell infiltration was detected in the TG. Analysis of the number of scratching reflexes observed over time in control mice and after resiniferatoxin administration showed that Mcpip1EKO mice develop behavioral changes that are probably not dependent on the TRPV1 channel. In conclusion, the results presented here indicate a so far unexplored relationship between DRG, infiltrating neutrophils and the formation of chronically itchy skin lesions in Mcpip1EKO mice.