Evaluation of canine antimicrobial peptides in infected and noninfected chronic atopic skin

Authors


  • Sources of Funding: American College of Veterinary Dermatology.

  • Conflict of Interest: No conflicts of interest have been declared.

Domenico Santoro, Department of Veterinary Clinical Medicine, College of Veterinary Medicine, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61802, USA. E-mail: dsantor2@illinois.edu

Abstract

Background –  Antimicrobial peptides (AMPs) are small immunomodulatory peptides produced by epithelial and immune cells. β-Defensins (BDs) and cathelicidins (Caths) are the most studied AMPs. Recently, increased cutaneous expression of AMPs was reported in atopic humans and in beagles with experimentally induced atopy.

Hypothesis/Objectives –  Our goal was to analyse mRNA expression and protein levels of canine (c)BD1-like, cBD2-like/122, cBD3-like, cBD103 and cCath in healthy and naturally affected atopic dogs, with and without active skin infection, along with their distribution in the epidermis using indirect immunofluorescence.

Animals –  Skin biopsies were taken from 14 healthy and 11 atopic privately owned dogs.

Methods –  The mRNA levels of cBD1-like, cBD2-like/122, cBD3-like, cBD103 and cCath were quantified using quantitative real-time PCR. The protein levels of cBD3-like and cCath were analysed by relative competitive inhibition enzyme-linked immunosorbent assay, while the distributions of cBD2-like/122, cBD3-like and cCath were detected by indirect immunofluorescence.

Results –  Dogs with atopic dermatitis had significantly greater mRNA expression of cBD103 (= 0.04) than control dogs. Furthermore, atopic skin with active infection had a higher cBD103 mRNA expression (= 0.01) and a lower cBD1-like mRNA expression (= 0.04) than atopic skin without infection. No significant differences in protein levels (cBD3-like and cCath) or epidermal distribution of AMPs (cBD2-like/122, cBD3-like and cCath) were seen between healthy and atopic dogs.

Conclusions and clinical importance –  Expression of cBD103 mRNA was greater, while expression of cBD1-like mRNA was lower in dogs with atopic dermatitis that had active infections. Work is needed to clarify the biological mechanisms and possible therapeutic options to maintain a healthy canine skin.

Résumé

Contexte –  Les peptides antimicrobiens (AMPs) sont de petites molécules immunomodulatrices produites par les cellules épithéliales et immunitaires. Les ß-défensines (BDs) et les cathélicidines (Caths) sont les AMPs les plus étudiés. Récemment, une expression accrue d’AMPs a été rapportée chez les humains atopiques et chez les beagles atteints d’atopie induite expérimentalement.

Hypothèses/Objectifs –  Notre objectif était d’analyser l’expression d’ARNm et le niveau de protéines de c(canine)BD1-like, cBD2-like/122, cBD3-like, cBD103 et cCath chez les chiens sains et naturellement atopiques, avec et sans infection cutanée active, ainsi que leur distribution dans l’épiderme par immunofluorescence indirecte.

Sujets –  Les biopsies cutanées ont été réalisées sur 14 chiens sains et 11 chiens atopiques de propriétaires.

Méthodes –  Les niveaux d’ARNm de cBD1-like, cBD2-like/122, cBD3-like, cBD103 et cCath ont été quantifiés par PCR quantitative en temps réel. Les niveaux de protéines de cBD3-like et cCath ont été analysés par ELISA inhibitrice compétitive relative alors que les distributions de cBD2-like/122, cBD3-like et cCath ont été détectées par immunofluorescence indirecte.

Résultats –  Les chiens atteints de dermatite atopique présentaient une expression de cBD103 significativement plus élevée (= 0.04) que les chiens contrôles. En outre, la peau atopique avec une infection active avait une expression de cBD103 mRNA plus élevée (P = 0.01) et une expression de cBD1-like mRNA plus faible (P = 0.04) que les peaux atopiques sans infection. Aucune différence significative des niveaux de protéine (cBD3-like et cCath) ou de distribution épidermique des AMPs (cBD2-like/122, cBD3-like et cCath) n’a été relevée entre les chiens sains et atopiques.

Conclusion et importance clinique –  Chez les chiens atteints de dermatite atopique avec une infection active, l’expression de cBD103 mRNA était plus élevée alors que l’expression de cBD1-like mRNA était plus faible. D’autres études sont nécessaires afin de clarifier les mécanismes biologiques et les options thérapeutiques possibles pour maintenir une peau canine saine.

Resumen

Introducción –  los péptidos antimicrobianos (AMPs) son péptidos inmunomoduladores pequeños producidos por las células epiteliales y del sistema inmune. Las ß-defensinas (BDs) y las catelicidinas (Caths) son los AMPs mas estudiados. Recientemente se ha descrito una expresión cutánea incrementada de AMPs en seres humanos atópicos y en perros de raza Beagle con atopia experimentalmente inducida.

Hipótesis/objetivos –  nuestro objetivo fue analizar la expresión de mRNA y los niveles de proteína de los péptidos caninos (c) equivalente de cBD1, equivalente de cBD2/122, equivalente de cBD3, de cBD103 y cCath en perros sanos y en perros con atopia producida de forma natural, con o sin infección activa de la piel, junto con su distribución en la epidermis usando inmunofluorescencia indirecta.

Animales –  las biopsias de piel fueron tomadas a partir de 14 perros sanos y 11 atópicos de propietarios particulares.

Métodos –  los niveles de mRNA del equivalente de cBD1, del equivalente de cBD2/122, del equivalente de cBD3, de cBD103 y de cCath fueron cuantificados usando PCR cuantitativa en tiempo real. Los niveles de proteína del equivalente de cBD3 y de cCath fueron analizados mediante ensayo de inhibición competitiva de inmunoabsorción ligada a enzimas, mientras que la distribución del equivalente de cBD2/122, del equivalente de cBD3 y de cCath fue detectada por inmunofluorescencia indirecta.

Resultados –  los perros con dermatitis atópica tenían expresión significativamente mayor de mRNA de cBD103 (= 0.04) que perros control. Además, la piel atópica con infección activa tenía una expresión aun más alta de mRNA de cBD103 (P = 0.01) y una expresión más baja de mRNA del equivalente de cBD1 (P = 0.04) que la piel atópica sin infección. No se observó ninguna diferencia significativa en los niveles de la proteína (equivalente de cBD3 y cCath) o en la distribución epidérmica de los AMPs (equivalente de cBD2, equivalente de cBD3 y cCath) entre perros sanos y atópicos.

Conclusiones e importancia clínica –  la expresión de mRNA de cBD103 fue mayor, mientras que la expresión de mRNA del equivalente de cBD1 fue menor en perros con dermatitis atópica que tenían infecciones activas. Se necesitan mas investigaciones para clarificar los mecanismos biológicos y las opciones terapéuticas posibles para mantener una piel sana en perros.

Zusammenfassung

Hintergrund –  Antimikrobielle Peptide (AMPs) sind kleine immunmodulatorische Peptide, die von Epithel- und Immunzellen produziert werden. ß-Defensine (BDs) und Cathelizidine (Caths) sind die am besten untersuchten AMPs. Unlängst wurde eine erhöhte kutane Exprimierung von AMPs bei Menschen mit Atopie und bei Beagles mit experimentell induzierter Atopie beschrieben.

Hypothese/Ziele –  Unser Ziel war eine Analyse der Exprimierung von mRNA von caninem cBD1-like, cBD2-like/122, cBD3-like, cBD103 und cCath sowie ihrer Exprimierung auf dem Proteinlevel bei gesunden und natürlich betroffenen Hunden mit Atopie, mit und ohne aktiver Hautinfektion, sowie die Bestimmung ihrer Verteilung in der Epidermis mittels Immunfluoreszenz.

Tiere –  Es wurden Hautbiopsien von 14 gesunden und 11 atopischen Privathunden entnommen.

Methoden –  Die mRNA Levels von cBD1-like, cBD2-like/122, cBD3-like, cBD103 und cCath wurden mittels quantitativer Real-Time PCR analysiert. Die Proteinlevel von cBD3-like und cCath wurden mittels relativem kompetitivem Enzymgekoppelten Immunabsorptionsassay analysiert, während die Verteilungen von cBD2-like/122, cBD3-like und cCath mittels indirekter Immunfluoreszenz bestimmt wurden.

Ergebnisse –  Hunde mit atopischer Dermatitis zeigten eine signifikant höhere mRNA Exprimierung von cBD103 (= 0.04) als die Kontrollhunde. Weiters war die Exprimierung von cBD103 mRNA in atopischer Haut mit aktiver Infektion höher (= 0.01) und cBD1-like mRNA Exprimierung in atopischer Haut ohne Infektionen niedriger (= 0.04). Es bestanden keine signifikanten Unterschiede bei den Proteinlevels (cBD3-like und cCath) oder bei der epidermalen Verteilung der AMPs (cBD2-like/122, cBD3-like und cCath) zwischen gesunden und atopischen Hunden.

Schlussfolgerungen und klinische Bedeutung –  Die Exprimierung von cBD103 mRNA war stärker, während die Exprimierung von cBD1-like mRNA bei Hunden mit atopischer Dermatitis, die eine aktive Infektion hatten, niedriger war. Es sind weitere Studien nötig, um die biologischen Mechanismen und die möglichen therapeutischen Optionen zur Erhaltung der Gesundheit der Hundehaut zu erforschen.

Abstract

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