Objetivos: objetivo geral deste trabalho foi avaliar a penetração cutânea da isotretinoína nanoencapsulada e livre utilizando técnicas de microdiálise e tape stripping in vitro. Métodos: A viabilidade da utilização da técnica de microdiálise para avaliar o perfil farmacocinético da isotretinoína após aplicação tópica foi investigada através da determinação da recuperação relativa (RR) in vitro por diálise e retrodiálise. A influência da concentração, do fluxo de perfusão e a ligação do fármaco à tubulação das sondas de microdiálise foram investigadas. A metodologia analítica para quantificação do fármaco em microdialisado foi validada. Em seguida, as penetrações cutâneas da isotretinoína livre e nanoencapsulada incorporada em géis hidrofílicos foram comparadas através da técnica de tape stripping in vitro em células de difusão de Franz utilizando pele humana e pele de porco. Para garantir a integridade das formulações, a estabilidade físico-química das mesmas foi avaliada. Os resultados de penetração cutânea foram comparados com os resultados in vivo obtidos em trabalho prévio do grupo de pesquisa. Resultados e Conclusões: Um método analítico simples e rápido para a determinação de isotretinoína em microdialisado foi validado de acordo com o FDA. A RR mostrou-se concentração independente e observou-se que há diferenças significativas entre as RR avaliadas pelos dois métodos utilizados, sendo a recuperação por retrodiálise 2,7 a 3,5 vezes superior que a obtida por diálise para os fluxos investigados. O fármaco aderiu às tubulações da sonda de microdiálise devido à sua lipofilicidade. Os hidrogéis de isotretinoína apresentaram estabilidade durante 2 meses de estocagem à 4 °C. Os experimentos de tape stripping in vitro mostraram que a isotretinoína não foi encontrada no compartimento receptor após 8 h, para ambas as formulações. A nanoencapsulação aumentou a penetração e prolongou a liberação da isotretinoína no estrato córneo de ambas as peles. A penetração cutânea em ambas as peles mostrou proporções similares para as duas formulações embora diferentes quantidades de fármaco tenham sido detectadas no estrato córneo. A pele de porco, mais permeável que a pele humana, é apropriada para prever a penetração cutânea da isotretinoína no estrato córneo humano in vitro (R = 0,79). O método in vitro não foi capaz de prever a penetração cutânea da isotretinoína in vivo. / Objectives: The aim of the present work was to assess the cutaneous penetration of isotretinoin free and loaded into polymeric nanocapsules using microdialysis and tape stripping in vitro. Methods: The feasibility of using microdialysis to determine the pharmacokinetic profile of isotretinoin after topical application was investigated through assessment of relative recovery (RR) in vitro by dialysis and retrodialysis. The influence of isotretinoin concentration, perfusion flow rate and drug binding to the probes were determined. The analytical method for quantification of microdialysate samples was validated. Furthermore the cutaneous penetration of isotretinoin free and loaded nanocapsules incorporated in hydrogel formulations were compared by tape stripping in vitro using Franz-type diffusion cells with excised human and pig skin. In order to ensure the integrity of the formulations used in this study, the chemical and physical stabilities were evaluated. The results of cutaneous penetration were compared with the results of tape stripping in vivo acquired in a previous study of our group. Results and Conclusions: A simple and rapid analytical method for quantification of isotretinoin in microdialysate samples was validated according to FDA. RR was concentration independent but method dependent under the conditions investigated being the retrodialysis recovery 3.5 to 2.7 times higher than the dialysis. Isotretinoin bound to the microdialysis tubing due to its high lipophilicity. The hydrogels showed storage stability for 2 months at 4 °C. In vitro tape stripping in human and pig skin showed that no isotretinoin reaches the receptor compartment for both formulations up to 8 h. Nanoencapsulation increased isotretinoin skin penetration for both stratum cornea and prolonged drug release. Similar proportion of cutaneous penetration for human and pig skin were observed although different amounts of drug were detected at the stratum corneum of both skin specimens. Pig skin, more permeable than human skin, is suitable for predicting cutaneous penetration of isotretinoin in humans in vitro (R = 0.79). The in vitro experiments were not suitable to reflect the in vivo results for percutaneous penetration of isotretinoin.

Objetivos: objetivo geral deste trabalho foi avaliar a penetração cutânea da isotretinoína nanoencapsulada e livre utilizando técnicas de microdiálise e tape stripping in vitro. Métodos: A viabilidade da utilização da técnica de microdiálise para avaliar o perfil farmacocinético da isotretinoína após aplicação tópica foi investigada através da determinação da recuperação relativa (RR) in vitro por diálise e retrodiálise. A influência da concentração, do fluxo de perfusão e a ligação do fármaco à tubulação das sondas de microdiálise foram investigadas. A metodologia analítica para quantificação do fármaco em microdialisado foi validada. Em seguida, as penetrações cutâneas da isotretinoína livre e nanoencapsulada incorporada em géis hidrofílicos foram comparadas através da técnica de tape stripping in vitro em células de difusão de Franz utilizando pele humana e pele de porco. Para garantir a integridade das formulações, a estabilidade físico-química das mesmas foi avaliada. Os resultados de penetração cutânea foram comparados com os resultados in vivo obtidos em trabalho prévio do grupo de pesquisa. Resultados e Conclusões: Um método analítico simples e rápido para a determinação de isotretinoína em microdialisado foi validado de acordo com o FDA. A RR mostrou-se concentração independente e observou-se que há diferenças significativas entre as RR avaliadas pelos dois métodos utilizados, sendo a recuperação por retrodiálise 2,7 a 3,5 vezes superior que a obtida por diálise para os fluxos investigados. O fármaco aderiu às tubulações da sonda de microdiálise devido à sua lipofilicidade. Os hidrogéis de isotretinoína apresentaram estabilidade durante 2 meses de estocagem à 4 °C. Os experimentos de tape stripping in vitro mostraram que a isotretinoína não foi encontrada no compartimento receptor após 8 h, para ambas as formulações. A nanoencapsulação aumentou a penetração e prolongou a liberação da isotretinoína no estrato córneo de ambas as peles. A penetração cutânea em ambas as peles mostrou proporções similares para as duas formulações embora diferentes quantidades de fármaco tenham sido detectadas no estrato córneo. A pele de porco, mais permeável que a pele humana, é apropriada para prever a penetração cutânea da isotretinoína no estrato córneo humano in vitro (R = 0,79). O método in vitro não foi capaz de prever a penetração cutânea da isotretinoína in vivo. / Objectives: The aim of the present work was to assess the cutaneous penetration of isotretinoin free and loaded into polymeric nanocapsules using microdialysis and tape stripping in vitro. Methods: The feasibility of using microdialysis to determine the pharmacokinetic profile of isotretinoin after topical application was investigated through assessment of relative recovery (RR) in vitro by dialysis and retrodialysis. The influence of isotretinoin concentration, perfusion flow rate and drug binding to the probes were determined. The analytical method for quantification of microdialysate samples was validated. Furthermore the cutaneous penetration of isotretinoin free and loaded nanocapsules incorporated in hydrogel formulations were compared by tape stripping in vitro using Franz-type diffusion cells with excised human and pig skin. In order to ensure the integrity of the formulations used in this study, the chemical and physical stabilities were evaluated. The results of cutaneous penetration were compared with the results of tape stripping in vivo acquired in a previous study of our group. Results and Conclusions: A simple and rapid analytical method for quantification of isotretinoin in microdialysate samples was validated according to FDA. RR was concentration independent but method dependent under the conditions investigated being the retrodialysis recovery 3.5 to 2.7 times higher than the dialysis. Isotretinoin bound to the microdialysis tubing due to its high lipophilicity. The hydrogels showed storage stability for 2 months at 4 °C. In vitro tape stripping in human and pig skin showed that no isotretinoin reaches the receptor compartment for both formulations up to 8 h. Nanoencapsulation increased isotretinoin skin penetration for both stratum cornea and prolonged drug release. Similar proportion of cutaneous penetration for human and pig skin were observed although different amounts of drug were detected at the stratum corneum of both skin specimens. Pig skin, more permeable than human skin, is suitable for predicting cutaneous penetration of isotretinoin in humans in vitro (R = 0.79). The in vitro experiments were not suitable to reflect the in vivo results for percutaneous penetration of isotretinoin.

Objetivos: objetivo geral deste trabalho foi avaliar a penetração cutânea da isotretinoína nanoencapsulada e livre utilizando técnicas de microdiálise e tape stripping in vitro. Métodos: A viabilidade da utilização da técnica de microdiálise para avaliar o perfil farmacocinético da isotretinoína após aplicação tópica foi investigada através da determinação da recuperação relativa (RR) in vitro por diálise e retrodiálise. A influência da concentração, do fluxo de perfusão e a ligação do fármaco à tubulação das sondas de microdiálise foram investigadas. A metodologia analítica para quantificação do fármaco em microdialisado foi validada. Em seguida, as penetrações cutâneas da isotretinoína livre e nanoencapsulada incorporada em géis hidrofílicos foram comparadas através da técnica de tape stripping in vitro em células de difusão de Franz utilizando pele humana e pele de porco. Para garantir a integridade das formulações, a estabilidade físico-química das mesmas foi avaliada. Os resultados de penetração cutânea foram comparados com os resultados in vivo obtidos em trabalho prévio do grupo de pesquisa. Resultados e Conclusões: Um método analítico simples e rápido para a determinação de isotretinoína em microdialisado foi validado de acordo com o FDA. A RR mostrou-se concentração independente e observou-se que há diferenças significativas entre as RR avaliadas pelos dois métodos utilizados, sendo a recuperação por retrodiálise 2,7 a 3,5 vezes superior que a obtida por diálise para os fluxos investigados. O fármaco aderiu às tubulações da sonda de microdiálise devido à sua lipofilicidade. Os hidrogéis de isotretinoína apresentaram estabilidade durante 2 meses de estocagem à 4 °C. Os experimentos de tape stripping in vitro mostraram que a isotretinoína não foi encontrada no compartimento receptor após 8 h, para ambas as formulações. A nanoencapsulação aumentou a penetração e prolongou a liberação da isotretinoína no estrato córneo de ambas as peles. A penetração cutânea em ambas as peles mostrou proporções similares para as duas formulações embora diferentes quantidades de fármaco tenham sido detectadas no estrato córneo. A pele de porco, mais permeável que a pele humana, é apropriada para prever a penetração cutânea da isotretinoína no estrato córneo humano in vitro (R = 0,79). O método in vitro não foi capaz de prever a penetração cutânea da isotretinoína in vivo. / Objectives: The aim of the present work was to assess the cutaneous penetration of isotretinoin free and loaded into polymeric nanocapsules using microdialysis and tape stripping in vitro. Methods: The feasibility of using microdialysis to determine the pharmacokinetic profile of isotretinoin after topical application was investigated through assessment of relative recovery (RR) in vitro by dialysis and retrodialysis. The influence of isotretinoin concentration, perfusion flow rate and drug binding to the probes were determined. The analytical method for quantification of microdialysate samples was validated. Furthermore the cutaneous penetration of isotretinoin free and loaded nanocapsules incorporated in hydrogel formulations were compared by tape stripping in vitro using Franz-type diffusion cells with excised human and pig skin. In order to ensure the integrity of the formulations used in this study, the chemical and physical stabilities were evaluated. The results of cutaneous penetration were compared with the results of tape stripping in vivo acquired in a previous study of our group. Results and Conclusions: A simple and rapid analytical method for quantification of isotretinoin in microdialysate samples was validated according to FDA. RR was concentration independent but method dependent under the conditions investigated being the retrodialysis recovery 3.5 to 2.7 times higher than the dialysis. Isotretinoin bound to the microdialysis tubing due to its high lipophilicity. The hydrogels showed storage stability for 2 months at 4 °C. In vitro tape stripping in human and pig skin showed that no isotretinoin reaches the receptor compartment for both formulations up to 8 h. Nanoencapsulation increased isotretinoin skin penetration for both stratum cornea and prolonged drug release. Similar proportion of cutaneous penetration for human and pig skin were observed although different amounts of drug were detected at the stratum corneum of both skin specimens. Pig skin, more permeable than human skin, is suitable for predicting cutaneous penetration of isotretinoin in humans in vitro (R = 0.79). The in vitro experiments were not suitable to reflect the in vivo results for percutaneous penetration of isotretinoin.

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For this, skins were generated using permanent human keratinocytes and fibroblasts (embedded in collagen) cells. The quality control was performed by morphological and immunohistochemical analyses, viability by MTT test with negative control, and barrier function test. The applicability for genotoxicity assays was evaluated by micronucleus test, neutral and alkaline comet, and modified comet for detection of DNA methylation sites with positive controls of each test defined by OECD and literature. The best condition tested allowed the development of a reconstructed human skin (PHR-UFAM) with epidermis presenting expression of immunohistochemical markers: epithelial (cytokeratins) and dermal (vimentin). The model followed quality parameters (histology, viability, and barrier function) and presented morphological similarity with models recognized and validated by OECD. The applicability of skin model for genotoxicity assays demonstrated the effectiveness of the positive controls: Mitomycin C that was able to increase significantly the micronucleus frequency when tested at concentrations of 1,5 e 3 μg/mL (3.03% and 3.51%, respectively); Ethylmethanesulfonate caused damage to the DNA when tested at concentrations of 5 e 10 μM by comet assay in both alkaline (damage index values of 59.3 and 103.7, respectively) and neutral (damage index of 40.7 and 125, respectively) versions; and 5-azacytidine in the modified comet assay for methylation detection, tested at concentrations of 0.5, 1 e 1.5 μM showed reduced damage indexes (107.5, 83.1, and 89.3, respectively). The results were similar to skin models validated by OECD and literature. Thus, with this work it was possible to develop a reconstructed human skin model composed entirely of permanent cells. However, further validation studies are required to prove its effectiveness for cytotoxicity and genotoxicity tests of substances with therapeutic or cosmetic potential. / O desenvolvimento de métodos alternativos in vitro baseia-se no refinamento, redução e substituição ao uso de animais em experimentação e têm sido desenvolvidos para testar a segurança de cosméticos e medicamentos. É importante considerar as dificuldades que o Brasil enfrenta com questões alfandegárias e de perecibilidade que dificultam e até mesmo impedem a utilização de modelos de pele humana reconstruída disponíveis comercialmente. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo de pele humana reconstruída (PHR-UFAM) in vitro utilizando células de cultura permanente e testar suas aplicabilidades para ensaios de citotoxicidade e genotoxicidade. Para isso, as peles foram geradas utilizando queratinócitos e fibroblastos (embebidos em colágeno) humanos permanentes. O controle de qualidade das peles foi feito por análise morfológica e imunohistoquímica, a viabilidade pelo teste do MTT com o controle negativo e teste de função barreira. A aplicabilidade para ensaios de genotocixidade foi avaliada pelo teste do micronúcleo, cometa em pH alcalino e neutro e cometa modificado para detecção de sítios de metilação no DNA com os controles positivos de cada teste definidos pela OECD e pela literatura. A melhor condição testada permitiu o desenvolvimento de uma pele humana reconstruída (PHR-UFAM) com uma camada epidérmica apresentando expressão de marcadores imunohistoquímicos epiteliais (citoqueratinas) e dérmico (vimentina). O modelo atendeu aos parâmetros de qualidade (histologia, viabilidade e função barreira) e apresentou semelhança morfológica com os modelos reconhecidos e validados pela OECD. A aplicabilidade para ensaios de genotoxicidade evidenciou efetividade dos controles positivos: Mitomicina C, que foi capaz de aumentar significativamente a frequência de micronúcleos em 3,03% e 3,51% nas concentrações de 1,5 e 3 μg/mL; Etilmetanossulfonato, que causou dano ao DNA no modelo de pele quando testado nas concentrações de 5 e 10 μM, avaliado pelo ensaio do cometa tanto na versão alcalina (índices de dano iguais a 59,3 e 103,7, respectivamente) quanto na neutra (índices de dano iguais a 40,7 e 125, respectivamente); e 5-azacitidina no ensaio do cometa modificado para detecção de metilação no DNA testada nas concentrações 0,5, 1 e 1,5 μM, que apresentou índices de dano reduzidos iguais a 107,5, 83,1 e 89,3, respectivamente, no modelo de pele PHR-UFAM. Os resultados foram comparados com o controle não tratado. Diante do exposto, com este trabalho foi possível desenvolver um modelo de pele humana reconstruída composta totalmente de células permanentes semelhante aos modelos validados e reconhecidos na literatura. Contudo, é necessária a realização de estudos de validação complementares que comprovem sua efetividade para ensaios de citotoxicidade e genotoxicidade de substâncias com potencial terapêutico ou cosmético.

Orientador: Anita Jocelyne Marsaioli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T09:30:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_CarlaPortoda_D.pdf: 8471917 bytes, checksum: 298adab03875869cd5d11c7dac0a7b90 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Estima-se que o corpo humano que contém cerca de 10 trilhões de células seja portador de aproximadamente 100 trilhões de micro-organismos. Fatores ambientais como temperatura, umidade e exposição à luz, além de fatores do hospedeiro, como gênero, genótipo, status imune e uso de cosméticos, podem afetar a composição e a distribuição microbiana da pele. Inúmeras pesquisas indicam que a microbiota desempenha um papel importante no sistema imune da pele. Contudo, pouco é conhecido sobre os conjuntos de espécies presentes em amostras cutâneas bem como suas atividades enzimáticas. Esta tese visou realizar o estudo do potencial enzimático da microbiota da pele humana, vinculando este potencial às principais reações de degradação de formulações de cosméticos, mais especificamente, insumos de fragrâncias. O recrutamento dos voluntários levou em conta parâmetros como idade, sexo e fototipo de pele. As principais atividades enzimáticas das microbiotas coletadas foram avaliadas através de técnicas de triagem de alto desempenho, a fim de detectar proteases, lipases, amilases, esterases, epóxido hidrolases e mono-oxigenases, num total de 2.160 experimentos. Através dos resultados obtidos das triagens enzimáticas, algumas amostras foram selecionadas para a realização de ensaios de degradação de insumos de fragrâncias através de ensaios de multibiorreação. Todos os resultados obtidos foram avaliados com intuito de relacionar o tipo da microbiota coletada com reações de degradação de componentes de fragrância, levando em conta as diferenças intrínsecas de cada voluntário. Além disso, observou-se uma grande diversidade fúngica, ainda pouco descrita na literatura, onde diversos representantes foram isolados e identificados. Os dados obtidos demonstraram que os tipos de pele devem ser levados em consideração nas formulações de uso tópico a fim de atingir alvos específicos, tendo em vista que a pele humana não é um ambiente estéril, mas sim um microbioma complexo. Desta forma, o potencial de biotransformação de insumos cosméticos pela microbiota da pele é um fator relevante e poderá auxiliar na busca de produtos mais eficazes, seguros e versáteis / Abstract: The human body contains about 10 trillion cells and carries approximately 100 trillion microorganisms¿ cells. Environmental factors, such as temperature, humidity and light exposure and host factors such as gender, genotype, immune status and use of cosmetics, can affect the composition and distribution of skin microbes. Numerous studies indicate that skin microbiota plays an important role in the human skin immune system. However, little is known about the species present in skin samples and their enzymatic activities. Therefore, the aim of this thesis was to evaluate the enzymatic potential of the human skin microbiota, establishing a link between this potential and the main fragrance degradation of cosmetic formulations, more specifically, fragrance ingredients. The recruitment of volunteers (55) took into account some parameters such as age, gender and skin phototype. The main enzymatic activities of the collected microbiota were assessed by high throughput screening techniques in order to detect protease, lipase, amylase, esterase, epoxide hydrolase and monooxygenase, in a total of 2160 experiments. These enzymatic profiles were applied in the selection of microorganisms to probe the biodegradability of fragrance ingredients using the multibioreaction protocol. The results linking microbiota type and degradation reactions of fragrance ingredients took into consideration the intrinsic differences between volunteers. In addition, a great fungal diversity, still poorly described in the literature, was observed and several representative entities of this diversity were isolated and identified. The obtained data showed that skin types must be considered in topical formulations to achieve specific biological targets and , taking into consideration that the human skin is not a sterile environment, but rather consists of a complex microbiome. Consequently the biotransformation susceptibility of cosmetic ingredients to human skin microbiota is a relevant factor to consider in formulations / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

[pt] A renderização de pele humana é um tópico de pesquisa fundamental para a indústria de entretenimento digital. Obter resultados realistas é bastante desafiador, ainda mais quando o objetivo do uso se destina a aplicações em tempo real. Nessa dissertação são estudadas e implementadas duas técnicas para simular o comportamento da luz através da pele humana. Ambas são baseadas em modelos físicos e empíricos e utilizam o espaço da textura na GPU para reproduzir a iluminação difusa e espalhamento transluminoso (subsurface scattering) em tempo real. Essa dissertação compara estas duas técnicas e dá orientações para a implementação de um módulo de renderização de pele humana em motores de jogos 3D. / [en] Skin rendering is a fundamental research topic for the digital entertainment industry. Realistic results are very challenge to obtain, especially for real time applications. In this dissertation, two skin rendering techniques are studied and developed to simulate light behavior through human skin. Both techniques are based on physic and empiric models and use texture space in GPU to reproduce diffuse illumination and subsurface scattering in real time. This dissertation compares these two techniques and gives guidelines for the implementation of a skin rendering module in 3D game engines.

Intersectional analyses have made clear that Black women as a group fare far worse in employment outcomes than their race and gender counterparts. However, there is little research that examines differences among Black women. The purpose of this dissertation is to examine how Black women are perceived intra-intersectionally, or within the intersection of race and gender. Black women are not monolithic and it is important to illuminate how they are perceived differently from one another. This dissertation explores the effects of differences in skin tone and hair texture among Black women seeking a management position. It was hypothesized that Black women with lighter skin and/or straight hair would be characterized more positively than Black women with darker skin and/or kinky hair; this hypothesis was not supported. However, for negative characteristics, the hypothesis that Black women with darker skin would be characterized more negatively than Black women with lighter skin was confirmed. Further, it was found that hair texture significantly interacts with skin tone such that darker-skinned Black women with kinky hair were characterized more negatively than light-skinned women with kinky hair. There were no significant differences found between the skin tone and hair texture of Black women on salary offers, but there was a marginally significant skin tone effect for perceptions of success in that lighter-skinned Black women are perceived to be more successful than darker-skinned Black women. This study sheds light on the need to look at the intersection of both skin tone and hair texture in order to fully understand how negative stereotypes apply to Black women.

Background: Niacinamide (NIA) is one of the most commonly used cosmetic ingredients. It belongs to the vitamin-B3 family and has extensive dermatological therapeutic benefits. NIA has been proven to be a useful skincare product in serving as anti-acne agent, preventing skin hyperpigmentation, removal of wrinkles from the face etc.  Aim: To investigate permeability patterns of NIA, its effect on electrical impedance of the skin membrane and the role it plays in maintaining the hydration of stratum corneum (SC). For this, permeation, chromatography, sorption isotherm and X-ray studies were performed. Results: NIA permeation was observed to correlate with pH and it permeated more when delivered in PBS at pH 7.4 as compared to its permeation in citrate buffer at pH 5. Moreover, skin resistance also increased by Ca. 47% in relation to NIA permeation at pH-5 while it decreased by an average of 45% at pH 7.4. In addition, vapor sorption analysis showed that NIA increased the hydration of SC at 95%RH as compared to buffer controls. This was also supported by X-ray data where NIA treated SC samples were shown to have larger interchain spacing in their keratin filaments in comparison to SC in buffer controls. This increase is usually associated with an increase in the water content of SC and thus NIA might have similar beneficial effects as water and can even be more advantageous as it doesn’t evaporate in dehydrated states unlike water. Moreover, artificial skin model has also been tested in parallel, and it was significantly more permeable to NIA than the human skin. Hence some modifications are necessary before it can be used to replace human/porcine skin. Conclusion: The study showed that pH influences NIA permeation and resistance of skin membrane. Additionally, NIA play beneficial roles by increasing water content of SC at high relative humidity (RH%).

No / Eicosanoids play an integral part in homeostatic mechanisms related to skin health and structural integrity. They also mediate inflammatory events developed in response to environmental factors, such as exposure to ultraviolet radiation, and inflammatory and allergic disorders, including psoriasis and atopic dermatitis. This review article discusses biochemical aspects related to cutaneous eicosanoid metabolism, the contribution of these potent autacoids to skin inflammation and related conditions, and considers the importance of nutritional supplementation with bioactives such as omega-3 and omega-6 polyunsaturated fatty acids and plant-derived antioxidants as means of addressing skin health issues. / The Wellcome Trust and BBSRC-DRINC

No / The nucleus of epidermal keratinocytes (KCs) is a complex and highly compartmentalized organelle, whose structure is markedly changed during terminal differentiation and transition of the genome from a transcriptionally active state seen in the basal and spinous epidermal cells to a fully inactive state in the keratinized cells of the cornified layer. Here, using multicolor confocal microscopy, followed by computational image analysis and mathematical modeling, we demonstrate that in normal mouse footpad epidermis, transition of KCs from basal epidermal layer to the granular layer is accompanied by marked differences in nuclear architecture and microenvironment including the following: (i) decrease in the nuclear volume; (ii) decrease in expression of the markers of transcriptionally active chromatin; (iii) internalization and decrease in the number of nucleoli; (iv) increase in the number of pericentromeric heterochromatic clusters; and (v) increase in the frequency of associations between the pericentromeric clusters, chromosomal territory 3, and nucleoli. These data suggest a role for nucleoli and pericentromeric heterochromatin clusters as organizers of nuclear microenvironment required for proper execution of gene expression programs in differentiating KCs, and provide important background information for further analyses of alterations in the topological genome organization seen in pathological skin conditions, including disorders of epidermal differentiation and epidermal tumors.