表皮角质形成细胞中ERK过度激活损害细胞间黏附并驱动Grover病病理

ERK hyperactivation in epidermal keratinocytes impairs intercellular adhesion and drives Grover disease pathology

作者信息Cory L Simpson, Afua Tiwaa, Shivam A Zaver, Christopher J Johnson, Emily Y Chu, Paul W Harms, Johann E Gudjonsson
PMID39325541
发布时间2024-11-08
DOI10.1172/jci.insight.182983

实验完整度

包含NHEK体外模型、器官型表皮、患者活检多个证据层级,并有ERK机制验证及MEK抑制功能挽救实验。

主要模型

正常人表皮角质形成细胞(NHEK) 器官型人类表皮筏培养 vemurafenib诱导Grover病患者皮肤活检 自发性Grover病患者皮肤活检

重点核对

NHEK中dabrafenib(1 μM)或vemurafenib(10 μM)±trametinib(1 μM)处理24小时,Western blot检测pERK ERK-KTR-mClover生物传感器转导NHEK,1.2 mM钙条件下处理24小时,计算细胞质/核荧光比值 NHEK单层机械解离实验,dabrafenib(1 μM)、vemurafenib(10 μM)、trametinib(1 μM)处理24小时,dispase处理后倒置10次计数碎片 器官型表皮培养8–12天,vemurafenib(10 μM)处理48小时,免疫染色DSG1、PG、pERK 患者皮肤活检(vemurafenib诱导GD n=5,自发性GD n=17)免疫染色pERK和PG

摘要

Grover病是一种获得性表皮水疱性疾病,角质形成细胞失去细胞间连接。虽然其病理特征明确,但病因仍不清楚,且尚无FDA批准的治疗方法。有趣的是,在利用B-RAF抑制剂治疗癌症的临床试验中,Grover病是常见的不良事件,但B-RAF阻断如何损害皮肤完整性仍不清楚。在此,我们发现ERK过度激活是Grover病病理的关键驱动因素。我们利用荧光生物传感器证实,B-RAF抑制剂dabrafenib和vemurafenib在人类角质形成细胞和器官型表皮中反常地激活ERK,破坏细胞间连接并削弱上皮完整性。与临床数据显示同时使用MEK阻断可预防接受B-RAF抑制剂患者的Grover病一致,我们发现MEK抑制可抑制ERK并挽救B-RAF抑制的角质形成细胞的黏附。验证这些结果,我们在vemurafenib诱导的Grover病和自发性Grover病的患者活检中证明了ERK过度激活,揭示了二者的共同病因。最后,与我们最近在Darier病(一种与Grover病病理相同的遗传性疾病)中发现ERK过度激活一致,我们的研究揭示这些疾病的致病机制汇聚于ERK信号,并支持MEK抑制作为一种治疗策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
ERK过度激活是否驱动Grover病的病理,以及MEK抑制能否作为治疗策略?
核心机制
B-RAF抑制剂反常激活ERK,导致桥粒蛋白(DSG1、DSG3、PG)错位分布,削弱细胞间黏附,从而驱动Grover病病理。
主要证据
在NHEK、器官型表皮和患者活检中,B-RAF抑制剂增加pERK并破坏桥粒定位;MEK抑制(trametinib等)或siRNA沉默MEK可恢复细胞黏附。
研究意义
揭示Grover病和Darier病致病机制汇聚于ERK信号,支持MEK抑制作为Grover病的治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

B-RAF抑制剂在角质形成细胞中激活ERK

验证B-RAF抑制剂是否反常激活ERK

NHEK处理dabrafenib或vemurafenib±trametinib,Western blot检测pERK;ERK-KTR生物传感器活细胞成像。

2

B-RAF抑制剂破坏桥粒蛋白定位

验证ERK激活是否损害细胞间黏附蛋白定位

NHEK处理B-RAF抑制剂±trametinib,免疫荧光染色DSG3和PG,共聚焦显微镜观察及线扫描分析。

3

MEK抑制挽救细胞间黏附

验证MEK抑制能否恢复B-RAF抑制剂削弱的细胞黏附

NHEK单层处理B-RAF抑制剂±MEK抑制剂(trametinib、U0126、PD98059、cobimetinib),机械解离实验计数碎片。

4

器官型表皮中验证B-RAF抑制剂效应

在3D人类表皮组织中验证B-RAF抑制剂对细胞间连接和ERK的影响

器官型表皮培养成熟后,vemurafenib处理48小时,免疫染色DSG1、PG、pERK。

5

患者活检验证ERK过度激活

在Grover病患者皮肤活检中验证ERK过度激活和桥粒破坏

vemurafenib诱导GD(n=5)和自发性GD(n=17)患者活检,免疫染色pERK、DSG1、PG。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
曲美替尼Cell Signaling Technology62206
U0126Cell Signaling Technology9903
PD98059Cell Signaling Technology9900
PD184352Cell Signaling Technology12147
达拉非尼Cell Signaling Technology91942
维莫非尼Cell Signaling Technology17531
磷酸化ERK1/2 (D13.14.4E)Cell Signaling Technology4370
泛钙黏蛋白Cell Signaling Technology4068
斑珠蛋白Cell Signaling Technology75550
ERK1/2 (L34F12)Cell Signaling Technology4696
角蛋白10Abcamab76318
桥粒芯蛋白1Santa Cruz Biotechnologiessc-137164
桥粒芯蛋白2Santa Cruz Biotechnologiessc-80663
桥粒芯蛋白3Santa Cruz Biotechnologiessc-53487
斑珠蛋白Santa Cruz Biotechnologiessc-514115
GAPDHSanta Cruz Biotechnologiessc-47724
β-肌动蛋白 (C4)Santa Cruz Biotechnologiessc-47778
MEK1/2 (L38C12)Cell Signaling Technology4694
GAPDH (D16H11)Cell Signaling Technology5174
鸡抗PG (no. 1408)gift from Kathleen Green--
IRDye 800CW山羊抗兔IgGLI-COR Biosciences926-32211
IRDye 680RD山羊抗鼠IgGLI-COR Biosciences926-68070
山羊抗鼠IgG AlexaFluor-405Thermo Fisher ScientificA31553
山羊抗鼠IgG AlexaFluor-488Thermo Fisher ScientificA11001
山羊抗鼠IgG AlexaFluor-594Thermo Fisher ScientificA11005
山羊抗鼠IgG AlexaFluor-633Thermo Fisher ScientificA21050
山羊抗兔IgG AlexaFluor-405Thermo Fisher ScientificA31556
山羊抗兔IgG AlexaFluor-488Thermo Fisher ScientificA11008
山羊抗兔IgG AlexaFluor-594Thermo Fisher ScientificA11012
山羊抗兔IgG AlexaFluor-633Thermo Fisher ScientificA21070
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH1399
pLenti-CMV-Puro-DEST-ERK-KTR-mCloverAddgene59150
Medium 154培养基Thermo Fisher ScientificM154CF500
人角质形成细胞生长补充剂Thermo Fisher ScientificS0015
庆大霉素/两性霉素Thermo Fisher ScientificR01510
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific11965092
胎牛血清Hyclone, Thermo Fisher ScientificSH3039603
GlutaMAXThermo Fisher Scientific35050061
胰蛋白酶-EDTAThermo Fisher Scientific15400054
DMEM:Ham's F12培养基Thermo Fisher Scientific11765054
腺嘌呤Sigma-AldrichA2786
氢化可的松Sigma-AldrichH0888
人胰岛素Sigma-Aldrich91077C
霍乱毒素Sigma-AldrichC8052
脱铁转铁蛋白Sigma-AldrichT1147
3,3',5-三碘-L-甲状腺原氨酸Sigma-AldrichT6397
Transwell小室Corning353091
10× DMEMSigma-AldrichD2429
大鼠尾胶原ICorningCB354249
深孔6孔细胞培养板Corning08-774-183
10%中性缓冲福尔马林Thermo Fisher Scientific22-026-435
NuPAGE 12% Bis-Tris凝胶Thermo Fisher ScientificNP0343BOX
NuPAGE MES SDS电泳缓冲液Thermo Fisher ScientificNP0002
Immobilon-FL膜Sigma-AldrichIPFL85R
牛血清白蛋白Sigma-AldrichA9647
正常山羊血清Sigma-AldrichG9023
二甲苯Thermo Fisher ScientificX3P
Prolong Gold抗淬灭封片剂Thermo Fisher ScientificP36934
中性蛋白酶Stemcell Technologies07913
FuGENE 6转染试剂PromegaE2691
Opti-MEM培养基Thermo Fisher Scientific31985070
聚凝胺Sigma-AldrichH9268
AllStars阴性对照siRNAQiagen1027280
靶向MEK1的siRNAQiagen1027417; ID no. SI00300699
靶向MEK2的siRNAQiagen1027417; ID no. SI02225090
FuGENE SI转染试剂--SI-1000

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
NHEK中B-RAF抑制剂处理及ERK检测
dabrafenib浓度(1 μM)、vemurafenib浓度(10 μM)、trametinib浓度(1 μM)、处理时间(24小时)、独立实验重复数(Dab n=4,Vem n=6)
阅读提示:Figure 1A和1B图注;Methods中Immunoblotting小节
NHEK机械解离实验
dabrafenib浓度(1 μM)、vemurafenib浓度(10 μM)、trametinib浓度(1 μM)、处理时间(24小时)、dispase浓度(5 U/ml)、消化时间(30分钟)、倒置次数(最多10次)、重复数(Dab n=6,Vem n=4)
阅读提示:Figure 3A和3B图注;Methods中Monolayer mechanical dissociation assay小节
器官型表皮培养及vemurafenib处理
器官型表皮培养时间(8–12天)、vemurafenib浓度(10 μM)、处理时间(48小时)、空气暴露起始时间
阅读提示:Figure 4图注;Methods中Organotypic epidermal culture小节
患者活检免疫染色
患者数量:vemurafenib诱导GD n=5,自发性GD n=17,对照皮肤;pERK和PG抗体稀释比例(pERK 1:400,PG 1:100)
阅读提示:Figure 5和Figure 6图注;Methods中Fluorescent tissue staining小节
ERK生物传感器成像
ERK-KTR-mClover转导方法、钙浓度(低钙0.31 mM,高钙1.3 mM)、高钙处理时间(24小时)
阅读提示:Figure 1C–E图注;Methods中ERK biosensor imaging小节