Universität zu Köln

Role of IGF-1R/IR signaling in epidermal and vascular barrier function

Yadranji Aghdam, Saeed (2010) Role of IGF-1R/IR signaling in epidermal and vascular barrier function. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The formation and maintenance of physical and functional barriers allows organisms to compartmentalize tissues, restrict the movement of cells, ions and small solutes as well as allows for terrestrial living. The main aim of this thesis was to examine if cell autonomous insulin/IGF-1 signaling regulates barrier formation/function in mammals, specifically the epidermal skin barrier as well as the vascular barrier. Mammalian epidermis is a multilayered stratified epithelium serving as a protective barrier against external insults and dehydration. Two compartments contribute to epidermal barrier function: (i) the outermost stratum corneum consisting of corneocytes embedded in a crosslinked matrix of mostly lipids and (ii) intercellular tight junctions present in the uppermost viable Stratum granulosum. Vascular barrier property on the other hand is largely dependent on functional intercellular junctions such as tight and adherens junctions that seal of the paracellular space between endothelial cells. Using Cre-loxP technology, the cell autonomous role of insulin receptors (IR)/IGF-1 receptors (IGF-1R) in the formation of epidermal barrier and maintenance of vascular barrier were analysed in mice with epidermal- and adult vascular endothelial-specific inactivation of both receptors (dkoepi-/- and dkoveinduc-/-). Dkoepi-/- mice showed transepidermal water loss and lethality within two days after birth, implying compromised epidermal barrier formation. Analysis of outside-in barrier formation using dye exclusion assays showed a strongly delayed acquisition of embryonic epidermal barrier in dkoepi-/- mice compared to control mice, suggesting impaired formation of the stratum corneum. This was accompanied by altered corneocyte morphology and a reduction in the level of free ceramides in combination with an accumulation of precursor ceramides (GlcCers) in the stratum corneum of dkoepi-/- mice as well as a small reduction in monomeric filaggrin. Analysis of the insight-out barrier did not reveal any consistent differences yet, despite small differences in tight junctional protein expression. Thus, epidermal Insulin/IGF-1 signaling is essential for epidermal barrier formation by regulation proper formation of the stratum corneum. Temporal inactivation of IR and IGF-1R in adult vascular endothelial cells did not result in any obvious morphological alterations in the vasculature in a range of tissues. Injection of tracer molecules with different molecular size followed by whole mount analysis of the retina or skin sections did not reveal any obvious vascular leakage or abnormal vascular patterning. Thus, vascular endothelial IR/IGF-1R signaling does not seem to regulate vascular integrity under steady state conditions. An important caveat in these experiments was the observation that the inactivation of the IGF-1R was variable and that loss of over 90% of IGF-1R is insufficient to disturb vascular integrity.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Die Ausbildung und Aufrechterhaltung von physikalischen und funktionellen Barrieren erlaubt Organismen Gewebe in Kompartimente zu unterteilen, die Bewegungsfähigkeit von Zellen, Ionen und kleine gelöste Substanzen einzuschränken und sichert so die Überlebensfähigkeit im terrestrischen Leben. Das Hauptziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob Zell autonome Insulin/IGF- Signalisierung Barriereausbildung und Funktion in Säugetieren, insbesondere die epidermale Hautbarriere und vaskuläre Barriere, reguliert. Die Epidermis von Säugetieren repräsentiert ein geschichtetes Epithel, welches als schützende Barriere gegen äußere Einflüsse und Dehydrierung wirkt. Zwei Kompartimente tragen zur epidermalen Barrierefunktion bei: (i) das äußerste stratum corneum besteht aus Korneozyten, welche in eine vernetzte Matrix aus Lipiden eingebettet sind und (ii) intrazelluläre Verschlusskontakte (zonula occludens, tight junction), welche sich in dem obersten Stratum granulosum befinden. Vaskuläre Barriereeigenschaften sind größtenteils abhängig von funktionellen intrazellulären Kontaktstellen wie tight und adheres junctions, welche den parazellulären Raum zweichen Endothelzellen versiegeln. Durch Nutzung der Cre-loxP Technology wurde die Rolle des Insulinrezeptors (IR) sowie des IGF-1 Rezeptors (IGF-1R) in der Ausbildung der epidermalen Barriere und Aufrechterhaltung von vaskulären Barrieren in Mäusen mittels epidermal-spezifischer sowie vaskulärer endothelial-spezifischer Inaktivierung von beiden Rezeptoren (dkoepi-/- und dkoveinduc-/-) analysiert. Dkoepi-/- Mäuse wiesen einen transepidermalen Wasserverlust auf und starben zwei Tage nach der Geburt, was auf eine beeinträchtigte epidermale Barrierefunktion hindeutet. Analyse von Einwärtsbarriereausbildung durch Gebrauch von Farbstoff-Penetrations Versuchen wiesen eine verspätete Ausbildung der epidermalen Barriere in dkoepi-/- im Vergleich zu Kontrollmäusen auf, welches auf eine beeinträchtigte Formation des stratum corneums hindeutet. Diese Beobachtung wurde unterstützt durch veränderte Korneozyten Morphologie und einer Reduktion bezüglich des Gehalts von freien Ceramiden in Kombination mit einer Akkumulierung von Vorläufer Cermaiden (GlcCers) im Stratum Corneum von dkoepi-/- Mäusen sowie einer Reduktion monomerischen Filaggrins. Analyse der Auswärtsbarriere zeigten keine konsistenten Unterschiede zwischen Kontroll Mäusen und Mutanten, bis auf geringe Unterschiede bezüglich der Expression des tight juncion Strukturproteins Claudin 1. Insgesamt wurde gezeigt, dass epidermale Insulin/ IGF-1 Signalisierung essentiell für die Ausbildung der epidermalen Barriere durch die Regulation der Bildung des Stratum Corneums ist. Temporelle Inaktivierung des IR und IGF-1R in adulten vaskulären Endothelzellen resultierte in keiner offensichtlichen morphologischen Veränderung in den Blutgefäßen im Bereich von Geweben. Injektion von Tracer Molekülen von unterschiedlicher Molekulargröße gefolgt von Retina Analysen konnten keine vaskuläre Durchlässigkeit oder abnormale vaskuläre Ordnung bestätigen. Folglich scheint vaskulär endotheliales IR/ IGF-1R Signalisierung keine Rolle in der Regulierung der vaskulären Intaktheit unter Gleichgewichtsbedingungen zu besitzen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Yadranji Aghdam, Saeededusya@yahoo.com, syadranj@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-33210
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Insulin IGF-1 Epidermal vaskulären BarriereGerman
    insulin IGF-1 Epidermal vascular barrierEnglish
    Faculty: Heilpädagogische Fakultät
    Divisions: Heilpädagogische Fakultät > Keine Angabe
    Language: English
    Date: 2010
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 09 January 2011
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 09 Mar 2011 14:54:13
    Referee
    NameAcademic Title
    Niessen, Carien M.Prof. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/3321

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