Die Funktion von CGl-58 im Aufbau der Hautbarriere

Die Entwicklung einer funktionalen Hautbarriere erfordert die Bildung einer Hornschicht aus abgestorbenen Korneozyten (Hornzellen) und Fetteinlagerungen. Die Entstehung der epidermalen Hautbarriere umfasst eine Vielzahl von Prozessen, bei denen verschiedene Lipidklassen einschließlich der Triglyzeride (TG) gespalten und/oder neu synthetisiert werden. Der erste und limitierende Schritt in der TG-Spaltung wird durch das Enzym "Adipose Triglyceride Lipase" (ATGL) und dessen Co-Faktor CGI-58 (comparative gene identification-58), ein Protein, das die ATGL Aktivität um eine Vielfaches erhöht, katalysiert. Sowohl ATGL-, als auch CGI-58- defiziente Mäuse zeigen eine TG-Akkumulation in zahlreichen Organen. Interessanterweise zeigen ausschließlich CGI-58-defiziente Mäuse einen ausgeprägten Defekt der Hautbarriere, der mit ausgeprägter TG-Akkumulation bei gleichzeitigem Verlust von Acylceramiden in der Epidermis einhergeht. Im Gegensatz dazu zeigen ATGL- defiziente Tiere eine intakte Hautbarriere und normale Mengen an Acylceramiden in der Epidermis. CGI-58- defiziente Tiere sterben wenige Stunden nach der Geburt und zeigen neben dem Hautdefekt stark reduzierte Blutfette, erniedrigte Glukosewerte und eine ausgeprägte Fettakkumulation in der Leber. Entsprechend könnten auch systemische Veränderungen im Lipid- und Energiestoffwechsel der Entwicklung einer intakten Hautbarriere entgegenwirken. Zudem lässt die normale Entwicklung der Hautbarriere in ATGL-defizienten Mäusen den Schluss nahe, dass es eine ATGL-unabhängige Funktion von CGI-58 im Hautstoffwechsel gibt und CGI-58 die Aktivität bisher unbekannter Enzyme, die am Aufbau der epidermalen Barriere beteiligt sind, regulieren könnte. Um diese Hypothesen zu überprüfen, werden Mausmodelle mit CGI-58-Defizienz bzw. CGI-58-Expression ausschließlich in der Epidermis generiert und hinsichtlich des Lipidstoffwechsels und des Aufbaus der Hautbarriere charakterisiert. Dabei wird auch untersucht, ob der Verlust von CGI-58 die Differenzierung von Keratinozyten durch einen Mangel an verfügbaren Fettsäuren als Energiesubstrat und/oder als Liganden für die Induktion der Genexpression eines unbekannten Enzyms beeinflusst. Potentielle Enzymkandidaten, die im Zusammenhang mit einem lipid-assoziierten Defekt im Aufbau der Hautbarriere identifiziert wurden, werden charakterisiert. Die Beantwortung dieser Fragestellungen könnte wertvolle Therapieansätze für die Behandlung von Hautkrankheiten mit Störungen im epidermalen Fettstoffwechsel liefern.

Die Adipozyten Triglyzerid Lipase (ATGL) und deren Ko-Aktivator Comparative Gene Identifikation-58 (CGI-58) spielen eine zentrale Rolle im intrazellulären Triglyzerid (TG)- Katabolismus. ATGL oder CGI-58 Genmutationen können die Neutralfett-Speicherkrankheit (Neutral Lipid Storage Disease, NLSD) verursachen. Interessanterweise führen ausschließlich CGI-58 Mutationen zu NLSD mit Ichthyose (einer Verhornungsstörung der Epidermis mit defekter Hautflüssigkeitsbarriere) und Lebersteatose, während für ATGL Mutationen die TG-Akkumulierung im Muskelgewebe einhergehend mit schwerer Kardiomyopathie charakteristisch sind. Im Gegensatz zum Menschen sterben Mäuse mit globaler CGI-58-Defizienz wenige Stunden nach der Geburt an den Folgen einer defekten Hautbarriere. Diese Beobachtungen implizieren eine ATGL-unabhängige Funktion von CGI-58 in der Entwicklung einer funktionellen Hautbarriere. Im Rahmen dieses Projekts wurde einerseits die Epidermis-spezifische Rolle von CGI-58 in der Differenzierung von Keratinozyten untersucht, andererseits wurde die Bedeutung von CGI-58 als möglicher Ko-Aktivator einer bislang unbekannten epidermalen TG-Lipase erforscht. Um diese Fragen zu beantworten, wurden Mäuse mit Keratinozyten-spezifischer CGI-58 Defizienz (K-CGI58KO) generiert. K-CGI58KO Mäuse entwickeln eine mit globaler CGI-58 Defizienz vergleichbare Ichthyose einschließlich der ausgeprägten Reduktion von langkettigen Acyl-omega-hydroxy-Ceramiden (Acyl-?-OH-Cer), einer essentiellen Vorstufe zur Ausbildung des sog. Corneocyte Lipid Envelope (CLE). Im Zuge der CLE Formation wird die äußere Proteinschicht von verhornten Keratinozyten (Korneozyten) mit Acyl-?-OHCer unter Abspaltung der Acylgruppe (Linolsäure) verknüpft. Eine funktionale CLE ist entscheidend für die Flüssigkeitsbarriere der Epidermis. Die defekte CLE Formierung konnte in CGI-58-defizienten Mäusen mit ausschließlicher Expression eines CGI-58 Transgens in differenzierten Keratinozyten behoben werden, i. G. zur CGI-58 Expression in basalen undifferenzierten Keratinozyten. Diese Daten sprechen für einen CGI-58-autonome Funktion in der späten epidermalen Differenzierung. Durch die Verfügbarkeit eines spezifischen ATGL Inhibitors konnte gezeigt werden, dass die TG-Akkumulierung in CGI-58-defizienten Mäusen ausschließlich durch die fehlende Aktivierung der ATGL zustande kommt und dementsprechend nicht ausschlaggebend für die defekte Keratinozyten Differenzierung ist. Möglicherweise wirkt CGI-58 als Ko-Faktor für ein Enzym, welches am komplexen Syntheseweg von Acyl-?-OH-Cer beteiligt ist. Interessanterweise interagiert CGI-58 mit einem ATGL-verwandten Protein, welches ebenfalls im Zusammenhang mit der Entstehung von Ichthyosen in Menschen, Hunden und Mäusen steht.