Μελέτη της έκφρασης των μορίων του εξωκυττάριου στρώματος στην ενδογενή και εξωγενή δερματική γήρανση

Abstract

Human ageing is a complex and multifactorial process, affected by hereditary and various environmental factors. Nowadays, ageing is a social, demographic and financial problem, with deep and profound effects. Skin ageing is also a multifactorial process, with two independent, clinical and biological, phenomena. The first is intrinsic or innate skin ageing, the so called “biological clock” which affects skin in the same manner that affects all internal organs. The second is extrinsic skin ageing or photo-ageing, which is the result of exposure to environmental factors, mainly UV (Ultraviolet) irradiation. Skin is the main human organ, in which age-related changes are most obvious. Extracellular matrix molecules are highly implicated in skin pathophysiology and diseases, however their expression and role in skin ageing are under-examined. The aim of this study was to examine the expression of extracellular matrix molecules in intrinsic and extrinsic skin ageing. To achieve this we collected human photo-protected samples from juvenile and adult (mean value of 5 and 70 years old) age groups and photo-exposed and photo-protected skin samples from the same patients from an adult age group. Furthermore, we developed primary skin fibroblasts cultures derived from photo-protected skin from female healthy donors of various age groups. Lastly, a model to study the paracrine effect of 17-b-estradiol in the metabolism of hyaluronan was developed. Our results indicate that extrinsic skin ageing is characterized by an increase of fragmented hyaluronan, reduced expression of hyaluronan synthases and hyaluronan receptors and increased expression of hyaluronidases. Proteoglycans expression was in agreement with other characteristic changes of photo-aged skin in collagen, elastin and epidermis. Gelatinolytic activity of matric metalloproteinases 2 and 9 was found to be upregulated. On the other hand, intrinsic skin ageing was characterized by a dramatic decrease in hyaluronan metabolic rate and reduced expression of all proteoglycans, except of aggrecan. These data are in good agreement with the well known decrease of fibroblasts biosynthetic activity, which characterizes the intrinsic ageing of all human organs. Lastly, 17-b-estradiol was found to positively affect hyaluronan homeostasis via its paracrine action to fibroblasts. Overall, our results indicate the distinct profiles of extrinsic and intrinsic skin ageing. Regarding extrinsic skin ageing, our results regarding hyaluronan homeostasis, proteoglycans and matrix metalloproteinases expression fully correlate with the already known characteristic changes of skin and can be considered responsible for the chronic inflammatory procedures. The molecular profile of extracellular matrix molecules in intrinsic skin ageing, on the other hand, proves the dramatic age-related decrease of biosynthetic activity and can be considered a strong indication that intrinsic skin ageing is a mirror for the ageing of the whole human organism. All the above mentioned results, along with the positive effect of 17-b-estradiol in hyaluronan homeostasis, can lead to new novel pharmacological targets to confront with skin ageing.

Η γήρανση στον άνθρωπο είναι μια πολύπλοκη και πολυπαραγοντική διαδικασία, με τη συμμετοχή τόσο κληρονομικών όσο και ποικίλων περιβαλλοντικών παραγόντων. Σήμερα η γήρανση αποτελεί ένα κοινωνικό, οικονομικό, δημογραφικό και επιδημιολογικό φαινόμενο, με οικονομικές επιπτώσεις και βαθύ και πολυεπίπεδο αντίκτυπο. Η δερματική γήρανση είναι και αυτή μια πολυπαραγοντική διαδικασία, η οποία μπορεί να διακριθεί σε δύο ανεξάρτητα, κλινικά και βιολογικά, φαινόμενα που επηρεάζουν το δέρμα ταυτόχρονα. Το πρώτο είναι η φυσιολογική ή ενδογενής γήρανση του δέρματος, το λεγόμενο «βιολογικό ρολόι», το οποίο επηρεάζει το δέρμα με τον ίδιο τρόπο που επηρεάζει και όλα τα εσωτερικά όργανα, δηλαδή με μη αναστρέψιμη εκφύλιση του ιστού, κυρίως του συνδετικού. Η δεύτερη αποτελεί την εξωγενή δερματική γήρανση, τη λεγόμενη φωτογήρανση, η οποία είναι αποτέλεσμα της έκθεσης σε εξωγενείς παράγοντες, με κυριότερο την UV (Ultraviolet - υπεριώδη) ακτινοβολία. Το δέρμα άλλωστε αποτελεί το κύριο όργανο στο οποίο είναι ιδιαίτερα εμφανείς οι αλλαγές της γήρανσης. Τα μόρια του εξωκυτταρίου στρώματος, αν και ασκούν κρίσιμο και σημαντικό ρόλο στο χόριο του δέρματος, δεν έχουν πλήρως διευκρινισθεί στη δερματική γήρανση. Σκοπός της παρούσης διατριβής ήταν η μελέτη της έκφρασης των μορίων του εξωκυτταρίου στρώματος στην εξωγενή και ενδογενή δερματική γήρανση. Για το σκοπό αυτό ελήφθησαν φωτο-προστατευμένα δείγματα από νεανική και ενήλικη (5 και 70 έτη μέσος όρος) ηλικιακή ομάδα και φωτο-εκτεθειμένα και φωτο-προστατευμένα δείγματα από τον ίδιο ασθενή από ενήλικη ηλικιακή ομάδα. Επιπλέον, αναπτύχθηκαν πρωτογενείς καλλιέργειες δερματικών ινοβλαστών προερχόμενων από φωτο-προστατευμένο δέρμα υγειών γυναικών διαφόρων ηλικιακών ομάδων. Τέλος, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο για τη μελέτη της παρακρινούς δράσης της 17-β-οιστραδιόλης στο μεταβολισμό του υαλουρονικού οξέος. Τα αποτελέσματά καταδεικνύουν ότι η εξωγενής γήρανση χαρακτηρίζεται από παθολογικής αύξηση του υαλουρονικού οξέος, το οποίο όμως είναι καταβολισμένο, πτώση των συνθετασών και των λειτουργικών του υποδοχέων καθώς και αύξηση των υαλουρονιδασών. Η έκφραση των πρωτεογλυκανών βρέθηκε να συνάδει με τις χαρακτηριστικές αλλαγές του κολλαγόνου, της ελαστίνης και της επιδερμίδας στην εξωγενή γήρανση, ενώ η ζελατινολυτική δραστηριότητα των μεταλλοπρωτεϊνασών 2 και 9 βρέθηκε αυξημένη. Από την άλλη πλευρά, η ενδογενής δερματική γήρανση χαρακτηρίστηκε από δραματική πτώση του μεταβολικού ρυθμού του υαλουρονικού και πτώση της γονιδιακής έκφρασης όλων των πρωτεογλυκανών, πλην της αγγκρεκάνης, δεδομένα που συνάδουν απόλυτα με την πτώση της βιοσυνθετικής λειτουργίας των ινοβλαστών, που χαρακτηρίζει την ενδογενή γήρανση όλων των οργάνων του ανθρωπίνου σώματος. Τέλος, η 17-β-οιστραδιόλη βρέθηκε να ασκεί ευεργετική επίδραση στο μεταβολισμό του υαλουρονικού με την παρακρινή της δράση στους ινοβλάστες. Τα αποτελέσματα αυτά αποδεικνύουν το διακριτό χαρακτήρα της εξωγενούς και ενδογενούς γήρανσης. Η ομοιοστασία του υαλουρονικού στην εξωγενή γήρανση καθώς και το προφίλ των πρωτεογλυκανών και μεταλλοπρωτεϊνασών συνάδει απόλυτα με τις χαρακτηριστικές αλλαγές του συνδετικού ιστού στη φωτογήρανση και μπορεί να θεωρηθεί υπεύθυνο για τις χρόνιες φλεγμονώδεις διεργασίες της. Το προφίλ των μορίων του εξωκυτταρίου στρώματος στην ενδογενή γήρανση, από την άλλη, αποδεικνύει την πτώση της βιοσυνθετικής δραστηριότητας με την ηλικία και επιβεβαιώνει σε ικανό βαθμό ότι η ενδογενής δερματική γήρανση αντανακλά τη γήρανση όλου του ανθρώπινου οργανισμού. Όλα τα παραπάνω δεδομένα καθώς και η ευεργετική επίδραση της 17-β-οιστραδιόλης στο μεταβολισμό του υαλουρονικού οξέος και η αποσαφήνιση του μοριακού αυτού δρόμου μπορεί να οδηγήσει σε νέους φαρμακολογικούς στόχους για την εκλογικευμένη θεραπεία της δερματικής γήρανσης.