Μελέτη της εκφράσεως των γαλεκτινών στα κύτταρα της εμβρυϊκής επιδερμίδος

Abstract

Galectins constitute a family of proteins that selectively bind to βgalactoside containing glycoconjugates, e.g. carbohydrates of varying size and complexity, linked to amino acids, proteins, lipids and other small molecules. Galectins are expressed in a wide variety of cells and tissues of humans and diverse organisms. Among the 19 galectins that have been identified so far, 13 occur in human tissues. Most members of the galectin family have one or two unique structures called "Carbohydrate Recognition Domains" (CRDs) and based on their structural properties, they are classified into three major types: a) the prototypical type, b) the tandem-repeat type and c) the chimera type. Recent research suggests that in the skin and extracutaneous tissues, galectins are involved in a large number of fundamental biological processes. Over the last two decades, these compounds have attracted the increasing interest of researchers, particularly those involved in reproductive medicine, after recognition of their important role in placental function, maternal and fetal immune responses regulation, vascular function and in mechanisms underlying the onset, progression and maintenance of pregnancy. Current knowledge on the expression and importance of galectins during human epidermal morphogenesis is very limited. The sole published study on this subject has been carried out on limited and heterogeneous material, as it was obtained from different areas of the body and from embryos with a narrow range of ages and examined galectins. For this reason in the present work we decided to investigate the expression profile of galectins in the developing skin in a large sample and a wide range of ages, during the morphogenesis of the human skin, by using commercially available antibodies against 4 galectins and to compare it with that of healthy adult skin. The ultimate goal of our study was to explore the potential application of our findings in the context of diagnostic or therapeutic applications. A total of 58 skin biopsies were obtained from the skin of equal number of fetus tibiae after spontaneous miscarriage or therapeutic termination of pregnancy. 10 skin biopsies obtained from the buttock area of healthy adult volunteers were used as controls. All specimens were processed for immunohistochemistry using streptavidin-biotin, followed by statistical analysis with the Jonckheere-Terpstra and Wilcoxon rank sum tests. It was found out that the expression of galectins in the developing human epidermis is characterized by: 1. Complete lack of Gal 1 expression in all layers of the embryo's skin at all stages of pregnancy, a finding which, at first sight, does not appear to favor an important role of this galectin in human epidermal morphogenesis. However, Gal 1 may be capable of indirectly affecting epidermal morphogenesis through interactions of epithelial cells and underlying mesenchymal cells that strongly express this galectin, 2. A constant expression profile of Gal 7 and Gal 9 at all stages of pregnancy. The question whether, despite this observation, these two galectins may participate in the mechanisms of human epidermal morphogenesis remains to be elucidated, 3. Clear qualitative and quantitative changes in Gal3 immunoreactivity in human fetal skin with advancing gestation, which are reported here for the first time and clearly indicate that this galectin plays an important role in human epidermal morphogenesis, 4. The expression profile of galectins in the already keratinized human fetal skin at the 23rd week of EGA is similar or almost identical to that of the adult human skin. Further studies will be conducted to answer the question of whether and how the expression profile of galectins, in particular Gal 3, in the developing human skin presents fetuses with genodermatopathy and if these disorders are capable of contributing to prenatal diagnosis of these diseases.

Οι γαλεκτίνες συνιστούν μια οικογένεια λεκτινών, οι οποίες συνδέονται εκλεκτικά με γλυκοσυζεύγματα τα οποία φέρουν β-γαλακτοσίδια, δηλαδή υδατάνθρακες ποικίλου μεγέθους και πολυπλοκότητας, συνδεδεμένους με αμινοξέα, πρωτεΐνες, λιπίδια και άλλα μικρά μόρια. Οι γαλεκτίνες εκφράζονται σε κύτταρα και ιστούς ανθρώπινων και πολλαπλών άλλων οργανισμών. Μεταξύ των 19 γαλεκτινών οι οποίες έχουν απομονωθεί μέχρι σήμερα, 13 εμφανίζονται σε ανθρώπινους ιστούς. Τα περισσότερα μέλη της οικογένειας των γαλεκτινών διαθέτουν μία ή δύο μοναδικές δομές οι οποίες ονομάζονται "περιοχές αναγνωρίσεως υδατανθράκων" (CRDs), με βάση δε τις δομικές τους ιδιότητες, ταξινομούνται σε τρεις κύριους τύπους: α) Ο πρωτότυπος τύπος β) Ο τύπος διαδοχικών επαναλήψεων και γ) Ο χιμαιρικός τύπος. Πρόσφατα ερευνητικά δεδομένα αποδεικνύουν ότι στο δέρμα και τους εξωγενείς ιστούς οι γαλεκτίνες συμμετέχουν σε μια ευρεία ποικιλία βασικών βιολογικών διεργασιών. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι ενώσεις αυτές συγκεντρώνουν το συνεχώς αυξανόμενο ενδιαφέρον των ερευνητών, ιδιαιτέρως των ασχολουμένων με την αναπαραγωγική ιατρική, κυρίως μετά την αναγνώριση του σημαντικού τους ρόλου στην λειτουργία του πλακούντα, στην ρύθμιση της ανοσολογικής αποκρίσεως μητέρας και εμβρύου, της αγγειογενέσεως καθώς και στους μηχανισμούς στους οποίους βασίζεται η έναρξη, η πορεία και η διατήρηση της εγκυμοσύνης. Από την διερεύνηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, διαπιστώθηκε ότι οι γνώσεις μας σχετικά με την έκφραση και τη σημασία των γαλεκτινών κατά την διάρκεια της ανθρώπινης επιδερμικής μορφογενέσεως είναι πολύ περιορισμένες. Υπάρχει μόνο μία δημοσιευμένη επί του θέματος εργασία το υλικό της οποίας είναι πολύ περιορισμένο και ανομοιογενές, αφού προερχόταν από διάφορες περιοχές του σώματος και αφορούσε ένα στενό φάσμα ηλικιών και εξεταζομένων γαλεκτινών. Για τον λόγο αυτόν αποφασίσαμε να διερευνήσουμε στην παρούσα εργασία το προφίλ εκφράσεως των γαλεκτινών στην αναπτυσσόμενη επιδερμίδα σε μεγάλο δείγμα και ευρύ φάσμα ηλικιών, κατά τη μορφογένεση της ανθρώπινης επιδερμίδας, με τη χρήση 4 διαφορετικών και κυκλοφορούντων στο εμπόριο γαλεκτινών, να αντιπαραβάλλουμε τα ευρήματά μας με τα αντίστοιχα της διεθνούς βιβλιογραφίας καθώς και να τα συγκρίνουμε με εκείνα της υγιούς επιδερμίδας των ενηλίκων. Τελικός σκοπός της μελέτης μας ήταν να διερευνηθεί το ενδεχόμενο της μελλοντικής αξιοποιήσεως των ευρημάτων μας στα πλαίσια διαγνωστικών ή θεραπευτικών εφαρμογών. Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 58 βιοψίες δέρματος, οι οποίες ελήφθησαν από το δέρμα της κνήμης ισάριθμων εμβρύων, μετά από αυτόματη αποβολή ή διενεργηθείσα θεραπευτική διακοπή κυήσεως. 10 βιοψίες δέρματος από την περιοχή των γλουτών υγιών ενηλίκων εθελοντών χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες. Όλα τα δείγματα υποβλήθηκαν σε ανοσοϊστοχημική εξέταση με στρεπταβιδίνη-βιοτίνη, ακολουθούμενη από στατιστική ανάλυση με τις δοκιμασίες Jonckheere-Terpstra και Wilcoxon rank sum test. Διαπιστώθηκε ότι η έκφραση των γαλεκτινών στην ανθρώπινη εμβρυϊκή επιδερμίδα χαρακτηρίζεται από: 1. Πλήρη έλλειψη εκφράσεως της Gal 1 σε όλες τις στιβάδες της επιδερμίδας του εμβρύου σε όλα τα στάδια της κύησης, ένα εύρημα το οποίο, εκ πρώτης όψεως, φαίνεται να μην συνηγορεί υπέρ ενός σημαντικού ρόλου αυτής της γαλεκτίνης στην ανθρώπινη επιδερμιδική μορφογένεση. Είναι δυνατόν, ωστόσο, η Gal 1 να είναι ικανή να επηρεάζει έμμεσα την επιδερμική μορφογένεση μέσω αλληλεπιδράσεων των επιθηλιακών κυττάρων και των υποκείμενων μεσεγχυματικών κυττάρων τα οποία εκφράζουν έντονα αυτή τη γαλεκτίνη, 2. Ένα σταθερό προφίλ έκφρασης των Gal 7 και Gal 9 σε όλα τα στάδια της κύησης. Το ερώτημα αν, παρά την παρατήρηση αυτή, οι δύο αυτές γαλεκτίνες είναι δυνατόν να συμμετέχουν στους μηχανισμούς της ανθρώπινης επιδερμιδικής μορφογένεσης, παραμένει να διασαφηνιστεί, 3. Σαφείς ποιοτικές και ποσοτικές μεταβολές στην ανοσοαντιδραστικότητα της Gal 3 στην ανθρώπινη εμβρυϊκή επιδερμίδα με την πρόοδο της ηλικίας κύησης, οι οποίες αναφέρονται εδώ για πρώτη φορά και υποδηλώνουν σαφώς ότι αυτή η γαλεκτίνη διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ανθρώπινη επιδερμιδική μορφογένεση, 4. Το προφίλ έκφρασης των γαλεκτινών στην ήδη κερατινοποιημένη ανθρώπινη εμβρυϊκή επιδερμίδα στην 23η εβδομάδα EGA είναι παρόμοιο ή σχεδόν ταυτόσημο με εκείνο της ανθρώπινης επιδερμίδας των ενηλίκων. Περαιτέρω μελέτες θα κληθούν να απαντήσουν στην ερώτηση εάν και κατά πόσον, το προφίλ έκφρασης των γαλεκτινών, ιδιαίτερα εκείνο της Gal 3, στην αναπτυσσόμενη ανθρώπινη επιδερμίδα παρουσιάζει διαταραχές σε έμβρυα με γενοδερματοπάθειες και εάν οι διαταραχές αυτές είναι σε θέση να συμβάλλουν στην προγεννητική διάγνωση των εν λόγω παθήσεων.