A B S T R A C T Hydroquinone (HQ) w

A B S T R A C T
Hydroquinone (HQ) with or without retinoic acid (RA) is routinely used for the treatment of hyperpigmented conditions. Skin irritation is a major problem with popular depigmenting agents, resulting in postinflammatory hyperpigmentation.
Objective: To examine the molecular mechanism associated with skin irritation by RA or HQ. Methods: A genome-wide transcriptional profiling analysis was performed using monolayer cultures of human keratinocytes treated with or without irritant doses of RA, HQ, or sodium lauryl sulfate (SLS), a representative irritant. Differentially expressed genes (DEGs) were mapped on human chromosomes using a Manhattan plot. For the validation of candidate DEGs, the chemicals with different concentrations of varying irritation intensities were applied in vitro and in vivo and analyzed using real time-PCR and Western blotting. Results: DEGs mapped to the 1q21 locus, which is composed of a cluster of genes encoding the cornified envelope precursors, showed an inverse expression pattern in response to HQ and RA. Concentrations of RA and HQ that induced a broad range of irritant responses in cultured cells or mice skin also induced inverse effects on the expression of cornified envelope-associated proteins. Conclusions: Genetic modulation on cornified envelope-associated proteins by RA-induced irritation, which may be involved in physiological skin barrier disturbance, could be inverse to that by HQ- or SLS-induced irritation. [1]
1. Introduction
Topical phenolic agents, including hydroquinone (HQ) and non-phenolic agents, including retinoids are used for hyperpig- mentation disorders. Topical HQ is the most popular treatment modality and is frequently used in combination therapies, such as a triple combination with topical all-trans retinoic acid and corticosteroids [1–4]. Although HQ is used in over-the-counter formulations for lightening skin pigmentation, it can cause skin irritation [5]. The most common adverse event associated with topical retinoic acid (RA), is also an irritant reaction of variable intensity, which presents with dryness, scaling, erythema, burning, and/or stinging [6–8]. Because skin irritation could lead to post-inflammatory hyperpigmentation, efforts have focused on the reduction of the irritant potential without loss of efficacy. Skin irritation can be induced by different mechanisms, such as skin barrier disruption, induction of a cytokine cascade, and involve- ment of the oxidative stress network [9,10]. Different classes of substances could potentially exert skin irritation through differ- ent mechanisms. A dose–response relationship is seen for adverse events, as well as effectiveness [11–13]. Irritant reaction from the same chemical shows variable intensities in vivo, if their concentrations are different. Gene expression may also differ at different intensities of irritation. Although concentrations that inhibit cell viability by 50% have been used as the threshold concentration of irritation on human skin [14], the exact proportion of cell survival or cytotoxicity that is indicative of irritation in vivo is not defined. Therefore, validation using sequentially increasing concentrations [1]
including concentration of 50% cell survival may be helpful in the identification of molecular
mechanism of irritation. Skin irritation is one of the most common adverse reactions to chemicals. Every substance is an irritant to some degree. To reduce irritant reactions, the molecular mechanisms require to be identified. This study was performed to elucidate the molecular mechanisms associated with skin irritation by RA and HQ. Toward this aim, a genome-wide transcriptional profiling analysis and a Manhattan plot were performed after treatment of cultured normal human keratinocytes, a main constituent of skin, with subcytotoxic doses of HQ or RA. The data were validated by in vitro mRNA studies using increasing concentrations of each chemical (subcytotoxic, 50%, and 20–30% cell survival). The expression of corresponding proteins was examined in vivo by using increasing concentrations which induced mild erythema, definite erythema, and severe erythema with focal erosion, to corroborate the in vitro result. [1]
2. Discussion
Global and local graphing of the test results is a necessary step for interpreting genome-wide association studies. A widely used graphical viewing method is the Manhattan plot, which helps to quickly identify genome locations in a chromosome [23]. There-fore, a genome-wide transcriptional profiling analysis and Manhattan plotting were used to examine the mechanism of irritation of RA and HQ, which suggested that chromosome 1q21 was one of the loci associated with DEGs (Fig. 1). The expression pattern of DEG cluster in chromosome 1q21 in response to RA treatment was generally inverse to that by HQ and SLS (Fig. 1). In addition, the validation to evaluate expression of genes encoding structural proteins in chromosome 1q21 using subcytotoxic doses of RA, HQ, and SLS control, which were used for microarray analysis to minimize changes in gene expression due to cell death [24], identified the transcriptional profile results (Fig. 2 and Table S1A and B). Loricrin expression, although reportedly too low to be detectable in monolayered cultures [25], was examined at the mRNA level. RA decreased Loricrin mRNA, while HQ or SLS treatment caused an increase (Fig. 2). In chromosomal region 1q21, there is a cluster of genes encoding the cornified envelope precursors, such as loricrin, involucrin and small proline-rich proteins (SPRRs); intermediate filament-associated proteins, such as profilaggrin and trichohyalin; and several S100A calcium-binding proteins [18–21]. The cornified envelope con- stitutes the principal barrier to percutaneous penetration of exogenous substances. Therefore, these results suggested that effect of RA on the modulation of structural genes of the physiological skin barrier may be different from that of HQ or SLS (Fig. 2). Irritant potential in vitro is correlated with reduced cell viability and increased cytotoxicity. Because concentrations that inhibit cell viability by 50% have been used as threshold concentrations of irritation on human skin [14], subcytotoxic doses may not be sufficient to identify the irritation mechanism. Concentration-dependent effects on cornified envelope-associated proteins expression, including TG-1 showed that RA reduced the expression levels of filaggrin, SPRR1A/1B, and TG-1 at the concentrations producing

النتائج (العربية) 1:

ب S R T A C T الهيدروكينون (HQ) مع أو بدون حامض الريتينويك (RA) تستخدم بشكل روتيني لعلاج الأوضاع الصباغ. تهيج الجلد مشكلة رئيسية مع وكلاء depigmenting شعبية، أدى إلى فرط التصبغ التدور. الهدف: دراسة الآلية الجزيئية المرتبطة تهيج الجلد بجمهورية أرمينيا أو HQ. الأساليب: أجرى تحليلاً على نطاق الجينوم تنميط النسخي استخدام ثقافات أحادي الطبقة الكيراتينيه البشرية تعامل مع أو بدون جرعات مهيجة RA أو HQ دوديسيل كبريتات الصوديوم (سلس)، ممثل مهيجة. تم تعيين الأثران عن الجينات (ديجس) في الكروموسومات البشرية باستخدام قطعة أرض مانهاتن. للتحقق من الصحة لمرشح ديجس، طبقت المواد الكيميائية مع تركيزات مختلفة لاختلاف كثافات تهيج في المختبر والمجراه في وتم تحليلها باستخدام PCR الوقت الحقيقي وغرب النشاف. النتائج: أظهرت ديجس التي تم تعيينها إلى موضع 1q21، التي تتألف من مجموعة من الجينات ترميز السلائف المغلف كورنيفيد، نمط تعبير عكسي في الاستجابة إلى المقر الرئيسي، والتهاب المفاصل الروماتويدي. تركيزات من جمهورية أرمينيا ومقر الناجمين عن طائفة واسعة من الاستجابات مهيجة في استزراع الخلايا أو جلد الفئران المستحث أيضا آثار عكسية على التعبير عن كورنيفيد البروتينات المرتبطة المغلف. الاستنتاجات: التحوير الوراثي في كورنيفيد البروتينات المرتبطة المغلف تهيج المستحثة بجمهورية أرمينيا، التي قد تكون ضالعة في اضطراب حاجز الجلد الفسيولوجية، يمكن أن يكون معكوس لأن تهيج الناجمين عن المقر الرئيسي أو سلس. [1]1-مقدمة وتستخدم وكلاء الفينولية الموضعية، بما في ذلك الهيدروكينون (المقر الرئيسي) ووكلاء غير الفينولية، بما في ذلك الرتينويدات لاضطرابات هايبربيج الوثائق. HQ الموضعية هو طريقة العلاج الأكثر شعبية، وهي كثيرا ما تستخدم في العلاجات المركبة، مثل تركيبة ثلاثية مع حمض الريتينويك عبر جميع الموضعية والقشرية [1-4]. على الرغم من أن مقر يستخدم في تركيبات دون وصفه طبية لتفتيح لون بشرة، فإنه يمكن أن يسبب تهيج الجلد [5]. الأحداث الضارة الأكثر شيوعاً المقترنة بحمض الريتينويك الموضعي (RA)، هو أيضا فعل مهيجة لكثافة المتغير، مما يعرض مع جفاف، التحجيم، الحمامي، وحرق، و/أو يلدغ [6-8]. لأن تهيج الجلد يمكن أن تؤدي إلى فرط التصبغ بعد التحريضية، تركزت الجهود على الحد إزعاج المحتملة دون فقدان فعاليتها. يمكن أن تهيج الجلد الناجمة عن آليات مختلفة، مثل اضطراب حاجز الجلد، تحريض تتالي سيتوكين، وتنطوي على نزع السلاح من شبكة الأكسدة [9، 10]. يمكن ممارسة فئات مختلفة من مواد يحتمل أن تهيج الجلد من خلال آليات تختلف-الآنف والحنجرة. ويعتبر علاقة جرعة – استجابة للأحداث السلبية، فضلا عن فعالية [11 – 13]. ويبين رد فعل مهيجة من نفس المادة الكيميائية كثافات متغيرة المجراة، إذا كانت بتركيزات مختلفة. كما قد يختلف التعبير الجيني في كثافات مختلفة من تهيج. على الرغم من أن التركيزات التي تحول دون بقاء الخلية بنسبة 50% قد استخدمت كتركيز عتبة تهيج في جلد الإنسان [14]، لا يعرف نسبة بقاء الخلية أو سيتوتوكسيسيتي الذي يدل على تهيج في المجراة على وجه التحديد. ولذلك، التحقق من صحة استخدام التتابع زيادة تركيزات [1]بما في ذلك تركيز 50% بقاء الخلية قد تكون مفيدة في التعرف الجزيئي إليه تهيج. تهيج الجلد واحد من ردود الفعل السلبية الأكثر شيوعاً للمواد الكيميائية. كل مادة مصدر إزعاج لدرجة معينة. للحد من ردود الفعل مهيجة، تتطلب الآليات الجزيئية التي يمكن تحديدها. وأجرى هذه الدراسة لتوضيح الآليات الجزيئية المرتبطة تهيج الجلد بجمهورية أرمينيا والمقر الرئيسي. نحو هذا الهدف، وأجريت تحليل تنميط النسخي على نطاق الجينوم ومؤامرة مانهاتن بعد العلاج من مثقف الكيراتينيه البشرية العادية، مكونة الرئيسي للجلد، مع جرعات سوبسيتوتوكسيك لمقر أو رع. تم التحقق من صحة البيانات بدراسات مرناً في المختبر باستخدام التركيزات المتزايدة لكل مادة كيميائية (سوبسيتوتوكسيك، 50%، و 20 – 30% خلية البقاء على قيد الحياة). وكان درس التعبير عن البروتينات المقابلة المجراة في باستخدام التركيزات المتزايدة التي الناجمين عن الحمامي معتدل وحمامي مؤكدة، وحمامي حاد مع تآكل المحورية، للتأكد من صحة النتيجة في المختبر. [1]2-مناقشة العالمي والمحلي برسوم بيانية لنتائج الاختبار خطوة ضرورية لتفسير الدراسات الرابطة على نطاق الجينوم. طريقة عرض رسومية مستخدمة على نطاق واسع هو مؤامرة مانهاتن، مما يساعد على التعرف بسرعة على مواقع الجينوم في كروموسوم [23]. هناك-مكان الصدارة، تحليل التنميط النسخي على نطاق الجينوم والتآمر مانهاتن استخدمت لفحص الآلية التي تهيج را والمقر الرئيسي، مما يوحي بأن 1q21 كروموسوم كان واحداً من المكاني المرتبط مع ديجس (الشكل 1). وكان نمط التعبير DEG الكتلة في كروموسوم 1q21 في الاستجابة للعلاج را عموما معكوس لأن المقر الرئيسي وسلس (الشكل 1). وباﻹضافة إلى ذلك، التحقق من الصحة تقييم التعبير للجينات ترميز البروتينات الهيكلية في كروموسوم 1q21 استخدام جرعات سوبسيتوتوكسيك لمراقبة را والمقر الرئيسي، وسلس، التي استخدمت لتحليل ميكرواري لتقليل التغيرات في التعبير الجيني بسبب موت الخلايا [24]، حددت النتائج الشخصية النسخي (الشكل 2 والجدول S1A وب). لوريكرين التعبير، على الرغم من أن يقال أن جداً منخفض لتكون قابلة للكشف في الثقافات مونولاييريد [25]، وقد درست على مستوى مرناً. انخفض RA لوريكرين مرناً، بينما العلاج HQ أو سلس بسبب زيادة (الشكل 2). في المنطقة الصبغية 1q21، هناك مجموعة من الجينات ترميز السلائف المغلف كورنيفيد، مثل لوريكرين، إينفولوكرين والبروتينات الغنية برولين الصغيرة (سبرس)؛ البروتينات المرتبطة بخيوط الوسيطة، مثل بروفيلاجرين وتريتشوهيالين؛ والبروتينات الكالسيوم الملزمة S100A عدة [18-21]. المغلف كورنيفيد con-ستيتوتيس الحاجز الرئيسي للاختراق عن طريق الجلد من المواد الخارجية المنشأ. ولذلك، اقترح هذه النتائج أن أثر را على تحوير الجينات الهيكلية لحاجز الجلد الفسيولوجية قد تكون مختلفة من أن من المقر الرئيسي أو سلس (الشكل 2). ويرتبط مهيجة احتمال في المختبر مع استمرارية انخفاض الخلية وزيادة سيتوتوكسيسيتي. لأن التركيزات التي تحول دون بقاء الخلية بنسبة 50% وقد استخدمت كعتبة التركيزات من تهيج في جلد الإنسان [14]، قد لا يكفي تحديد إليه تهيج جرعات سوبسيتوتوكسيك. الآثار تعتمد على التركيز على تعبير البروتينات المرتبطة المغلف كورنيفيد، بما في ذلك تيراغرام-1 أظهرت أن را انخفاض مستويات التعبير filaggrin و SPRR1A/1B تيراغرام-1 في تركيزات المنتجة < 50% خلية البقاء على قيد الحياة، فضلا عن تلك التي تنتج 80% بقاء الخلية (الشكل 3A). من ناحية أخرى، لم تخفض HQ وسلس التعبير من هذه الجينات في تركيزات المنتجة لبقاء الخلية 50%. النقصان في التعبير عن هذه الجينات لم تدرس حتى في أن تركيز الناجمين عن 20% أو 30% من بقاء الخلية (الشكل 3 وج). وكانت النتائج من الدراسات في المختبر مع جمهورية أرمينيا ومقر أيضا مماثلة للنتائج من الدراسات المجراة. وتناظر التركيزات التي أنتجت الحمامي معتدل وحمامي أكيدة وحمامي حاد مع تآكل المحورية المجراة في تركيزات تنتج 70 – 80%، 50%، وبقاء الخلية 20 – 30% في المختبر (3A جبلين وب، 4 أ وب). تركيزات مختلفة من المواد الكيميائية يمكن أن تحفز رد فعل مهيجة بدرجات متفاوتة. الآثار الضارة، بما في ذلك تهيج من المواد الكيميائية تظهر علاقة جرعة – استجابة [11 – 13]. ومع ذلك، تغييرات مماثلة في تعبير البروتينات المرتبطة بتغليف كورنيفيد بنفس المادة الكيميائية حتى في تركيزات مختلفة واقترح أن ميكا نيسم تهيج بالمقر الرئيسي وسلس يمكن أن تختلف عن التي بها رع. هي توسط آثار را النووية RA مستقبلات (RARs) ومستقبلات ريتينويد X (ركسرس). كما لوحظ في لدينا البيانات ميكرواري التي أظهرت زيادة أكثر من إضعاف من RAR إلى، زاد التعبير من RAR إلى تركيز [دبندنتلي] فقط RA المعالجة في المختبر والمجراه في (التين. S1A وب، على التوالي)، مما يشير إلى دور محتمل من رر في تهيج الجلد التي يسببها RA. [1]