The cornified cell envelope: an important marker of stratum corneum maturation in healthy and dry skin

Authors


C. R. Harding, Unilever Edgewater Laboratory, Edgewater, NJ, U.S.A. E-mail: Clive.Harding@Unilever.com

Synopsis

The cornified cell envelope (CE) formed by transglutaminase-mediated ε-(γ-glutamyl)lysine cross-linking of specialized corneocyte proteins is the most insoluble component of the terminally differentiated keratinocyte. Under normal Nomarski optics, two types of CE are readily distinguishable: an irregularly shaped, readily deformed ‘fragile’ envelope (CEf), which predominates in the deepest layers of the stratum corneum, and a polygonal “resilient” or ‘rigid’ envelope (CEr), which represents over 80% of the CE population in the superficial layers. This distinct spatial distribution indicates a maturation of the CE from the fragile to the resilient morphology during stratum corneum maturation. In this study, we have examined morphological and physical changes occurring in the CE during the terminal differentiation. The proportion of CEf and CEr present in superficial samples of stratum corneum were readily distinguishable following staining with Tetrarhodamine isothiocyanate (TRITC) and showed significant body site variation. The percentage of CEf was highest on samples recovered from exposed body sites (back of hand > cheek > inner arm [bicep region]) suggesting innate body site differences or that photodamage and other environmental trauma can reduce or delay normal CE maturation. Soap-induced dryness resulted in a significant decrease in CE maturation coincidental with reduced corneodesmosomal hydrolysis. Effective moisturization of winter-induced dry skin enhanced CE maturation (33% increase in TRITC fluorescence, n = 14 following 4-week treatment). Using a novel micromanipulation instrument, the force required (µN) to maximally deform individual CEf and CEr was compared. CEf recovered from deep stratum corneum were significantly softer and weaker than CEr recovered from superficial layers. These studies indicate that the normal process of CE maturation is associated with an actual strengthening of this insoluble protective structure and that the impairment of this process is associated with poor quality of the stratum corneum.

Résumé

L'enveloppe de la cellule cornée (CE), formée par la réticulation de protéines spécialisées, via la formation de ponts ε-(γ-glutamyl)lysine, est le composant le plus insoluble du kératinocyte totalement différencié. Dans des conditions optiques du type Nomarski classique, deux types de CE sont identifiables: l'un de forme irrégulière, à l'enveloppe aisément fragile et déformée (Cef) qui prédomine dans les couches les plus profondes de la peau et l'autre, une enveloppe polygonale, “rigide”“résistante” (CEr) qui représente environ 80% des CE des couches les plus superficielles. Cette nette distribution spatiale indique une maturation de la CE allant de la morphologie fragile vers résistante durant la maturation du stratum corneum. Dans cette étude, nous avons examiné les modifications morphologiques et physiques apportées à la CE au cours de la différentiation terminale. Les proportions des CEf et CEr présentes dans les échantillons de stratum corneum les plus superficiels étaient aisément distinguées par la colouration à l'isothiocyanate de Tetrarhodamine (TRITC) et montraient d'importantes variations selon le site cutané. Le pourcentage de Cef était le plus élevé dans des sites exposés (main-site dorsal > joue > biceps interne), indiquant que les dommages solaires et autres stress environnementaux réduisent ou retardent la maturation normale des CE. La sécheresse induitepar le savon a conduit à une chute significative dans la maturation de la CE concomitante à une hydrolyse réduite des desmosomes. Une hydratation efficace de la peau sèche hivernale augmentait la maturation de la CE (+33% du signal fluorescent du TRITC, n = 14, suite à un traitement de 4 semaines). L'utilization d'un nouvel instrument de micromanipulation permet de comparer les forces (µN) requises pour déformer au maximum les CEr et CEf individuelles. Les CEf obtenues des couches profondes du stratum corneum étaient significativement plus faibles que celles des CEr des couches les plus superficielles. Ces études indiquent que le processus normal de la maturation de la CE est associéà un véritable renforcement de cette structure insoluble et protectrice et que son affaiblissement conduit à un stratum corneum de mauvaise qualité.

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