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Increased HAS2-driven hyaluronic acid synthesis in shar-pei dogs with hereditary cutaneous hyaluronosis (mucinosis)

Authors


  • Sources of Funding
    This work was supported by grants AGL2006-02365 and SAF2010-19791 from the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación and grants 2009 SGR-1091 and SGR 2009-1391 from the Generalitat de Catalunya (to A.B. and L.F.). M.J.D. was supported by a fellowship from the Spanish Ministerio de Educación. Part of the funding was provided by the FEDER program from the European Union.

  • Conflict of Interest
    No conflicts of interest have been declared.
    Part of this study was published as an abstract from the 24th Annual Congress of the ESVD-ECVD (Florence, Italy, 23–25 September 2010); Veterinary Dermatology 2010; 21: 532.

Anna Bassols, Departament de Bioquímica i Biologia Molecular, Facultat de Veterinària, Universitat Autònoma de Barcelona, Cerdanyola del Vallès 08193, Spain. E-mail: anna.bassols@uab.cat

Abstract

The Chinese shar-pei dog is known for its distinctive feature of wrinkled and thickened skin, defined as primary or hereditary cutaneous mucinosis. In a recent report, we identified the mucinous material deposited in the shar-pei skin as the polysaccharide hyaluronan (HA). In the present work, the molecular and cellular mechanisms underlying this phenotype have been identified in dermal fibroblasts isolated from shar-pei dogs. The production of HA, which appeared to be mainly associated with cell membrane protrusions and also intracellular, was higher in shar-pei fibroblasts than in control cells. The HA accumulation is related to a higher mRNA expression of the isoform HAS2 of the HA-synthesizing enzyme family, hyaluronan synthases (HAS). The higher expression of HAS2 in shar-pei fibroblasts was confirmed at the protein level. The other HAS isoenzymes, HAS1 and HAS3, and the HA-degrading enzymes, Hyal1 and Hyal2, were not differentially expressed in shar-pei fibroblasts compared with cells from control dogs. Fibroblasts from shar-pei dogs and from control dogs are morphologically different as observed by transmission electron microscopy. Scanning electron microscopy revealed a large number of cellular protrusions with associated globular deposits. Electron microscopy after labelling with biotinylated HA-binding protein confirmed an increased HA content in shar-pei fibroblasts, which could be localized in several subcellular structures. The authors propose the name hereditary cutaneous hyaluronosis (HCH) for affected dogs, because it better defines the cutaneous mucinosis of shar-pei dogs.

Résumé

Le shar-peï est un chien connu pour ses caractéristiques particulières de peau épaisse et plissée définie comme une mucinose cutanée primaire ou héréditaire. Dans un article récent, nous avons identifié l’acide hyaluronique (HA) comme la substance mucineuse déposée dans la peau du shar-peï. Dans ce nouveau travail, les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents de ce phénotype ont été identifiés à partir de fibroblastes dermiques isolés de shar-peï. La production de HA qui semblait principalement associée aux protrusions de la membrane cellulaire et aussi intracellulaire, était plus élevée dans les fibroblastes de shapeï que dans les cellules contrôles. L’accumulation de HA est liée à une expression accrue de l’isofrome HAS2 de la famille des enzymes de syntèse de l’HA, les acides hyaluroniques synthétases (HAS). L’expression la plus élevée de l’HAS2 dans les fibroblastes de shar-peï a été confirmée à un niveau protéique. Les autres isoenzymes de l’HAS, HAS1 et HAS3, et les enzymes de dégradation de l’HA, Hyal1 et Hyal2, n’étaient pas exprimé différemment en comparaison avec les cellules des chiens contrôles. La microscopie électronique à transmission montre que les fibroblastes des shar-peï et des chiens contrôles sont morphologiquement différents. La microscopie électronique à balayage a montré un nombre élevé de protrusions cellulaires associées à des dépots globulaires. La microscopie électronique après marquage bHABP a confirmé un accroissement du contenu de HA par les fibroblastes de shar-peï qui pourrait etre localisé dans plusieurs structures subcellulaires. Les auteurs proposent le terme de ‘hereditary cutaneous hyaluronosis’ (HCH) permettant de mieux définir la mucinose cutanée des shar-peïs.

Resumen

El perro Shar-pei chino se conoce por su característica distintiva de piel arrugada y engrosada, definida como mucinosis cutánea primaria o hereditaria. En una publicacion reciente, identificamos el material mucinoso depositado en la piel del Shar-pei como el polisacárido ácido hialurónico (HA). En este trabajo hemos identificado los mecanismos moleculares y celulares subyacentes a este fenotipo en fibroblastos cutáneos aislados de perros Shar-pei. La producción de HA, que aparentemente estaba asociada principalmente a protuberancias de la membrana de la célula y también intracelularmente, era más alta en fibroblastos de Shar-pei que en células control. La acumulación de HA se relaciona con una expresión más alta del isoforma HAS2 de la familia de enzimas de síntesis de HA, hialuronato-sintasas (HAS). La expresión más alta de HAS2 en fibroblastos de Shar-pei fue confirmada a nivel de proteína. Las otras isoenzimas de HAS, HAS1 y HAS3, y las enzimas de degradación de HA, Hyal1 y Hyal2, no mostraron diferente expresión en los fibroblastos de Shar-pei comparados con las células de perros control. Los fibroblastos de perros Shar-pei y de perros control son morfológicamente diferentes según lo observado por microscopía electrónica de transmisión. El examen con microscopía electrónica reveló un alto número de protuberancias celulares con depósitos globulares asociados. La microscopía electrónica después de marcaje con bHABP confirmó un contenido incrementado de HA en los fibroblastos de Shar-pei, que podrían ser localizados en varias estructuras subcelulares. Los autores proponen el termino hialuronosis cutánea hereditaria (HCH) para los perros afectados, porque define mejor el tipo de mucinosis cutánea de los perros Shar-pei.

Zusammenfassung

Der chinesische shar-pei ist bekannt für seine charakteristischen Merkmale wie Faltenbildung und verdickte Haut, die als primäre oder hereditäre kutane Muzinose definiert werden. In einem kürzlich erschienenen Artikel beschrieben wir die Identifizierung des muzinösen Materials, welches in der Haut des Shar-Peis abgelagert wird: es handelt sich dabei um das Polysaccharid Hyaluron (HA). In der vorliegenden Studie wurden die molekularen und zellulären Mechanismen, die diesem Phänotyp zugrunde liegen, in dermalen Fibroblasten, die von Shar-Peis isoliert worden waren, identifiziert. Die Produktion von HA, die hauptsächlich bei prolabierenden Zellmembranen und intrazellulär auftrat, war in den Fibroblasten der Shar-Peis höher als in den Kontrollzellen. Die Ansammlung von HA steht im Zusammenhang mit einer höheren Expression der Isoform HAS2 der Familie der HA-synthetisierenden Enzyme, den Hyaluronan Synthasen (HAS). Die erhöhte Expression von HAS2 in den Fibroblasten der Shar-Peis wurde auf Proteinebene bewiesen. Bei den anderen HAS Isoenzymen, HAS1 und HAS3, und den HA-abbauenden Enzymen, Hyal1 und Hyal2, bestand kein Unterschied bei ihrer Expression in den Fibroblasten der Shar-Peis und in den Zellen der Kontrollhunde. Die Fibroblasten von Shar-Peis und von den Kontrollhunden sind morphologisch unterschiedlich, was mittels Transmissionselektronenmikroskop beobachtet wurde. Mittels Rasterelektronenmikroskopie wurde eine höhere Anzahl von prolabierenden Zellmembranen und damit assoziierten kugelförmigen Ablagerungen gefunden. Mittels Elektronenmikroskopie wurde nach bHABP-Markierung ein erhöhter HA Gehalt, welcher in mehreren subzellulären Strukturen lokalisiert werden konnte, in den Fibroblasten der Shar-Peis bestätigt. Die Autoren schlagen den Namen ‘Hereditäre kutane Hyaluronose’ (HCH) für betroffene Hunde vor, da es die kutane Muzinose des Shar-Peis besser definiert.inline image

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