Systemic sclerosis (scleroderma, SSc) is a complex autoimmune disease with a highly variable array of clinical features and often fatal outcome. The disease is characterized by microvascular dysfunction, immune abnormalities, chronic inflammation and tissue fibrosis in the skin and internal organs. Chi3L1 is part of the innate stress response of connective tissue cells and elevated serum levels have been observed in SSc. It has long been established that the degree of skin involvement is useful to classify SSc patients, as it often associates with distinct patterns of organ involvement, disease severity and survival. Dermal cells are one of the main effector cells involved in the development of fibrotic lesions in the skin, and their biological activity is regulated by a variety of cytokines and growth factors. In this study the capacity of dermal cells from SSc patients and from healthy individuals to synthesize Chi3L1 and the regulation of this process by growth factors and cytokines were investigated. The cell types that express Chi3L1 in the dermis of SSc patients were also characterized.This study involved 61 dermal cell preparations from skin biopsies taken from the forearm and abdomen of 41 SSc patients and 15 dermal cell preparations from 10 control individuals. The cells were maintained in monolayer cell culture, and stimulated with cytokines and growth factors: IL-1, IL-4, IL-10, IL-13, IL-6, IL-17, OSM, ET-1, TNF-α, TGF-β or PDGF in the absence of serum. Chi3L1 in culture media was analyzed by SDS-PAGE and immunoblotting. Results demonstrated that some SSc dermal cells endogenously express Chi3L1; Chi3L1 expression is variably upregulated in SSc in response to IL-1 and OSM, with OSM having a more prominent effect; Chi3L1 is never found in healthy control skin cell preparations; dermal cells from forearm skin are more likely to produce Chi3L1 than those derived from abdominal skin; and patients with early disease are more likely to produce Chi3L1 consistently in dermal cells derived from both arm and abdomen irrespective of other disease characteristics. Further characterization of Chi3L1-expressing SSc dermal cells showed that only about 5-10% of the total cell population produced Chi3L1 spontaneously. While OSM, a pro-inflammatory cytokine nearly doubled Chi3L1-expressing cells; TGF-β, a pro-fibrotic growth factor downregulated Chi3L1 expression by the cells. Cells that express Chi3L1 also did not stain positively for α-smooth muscle actin, which identifies mature myofibroblasts, suggesting that Chi3L1 is not directly associated with fibrosis. The cells that endogenously produced Chi3L1 also expressed nestin, CD73, STRO-1, TIE2, LSP-1 and NG2 (all of which are progenitor/stem cell markers). These cells were not detected in normal dermal cell preparations. Some SSc dermal cell preparations also contain a population of fibroblast-related cells capable of secreting Chi3L1 when stimulated by OSM. Thus endogenous and OSM induced expression of Chi3L1 identified cell-population(s) in the dermis of SSc patients which may be associated with the transient stage in the transition of progenitor/stem cells to fibroblast-related cells to mature fibroblasts. Therefore, Chi3L1 expression may be a marker of "active" cells in the early establishment of SSc to expand the pool of fibroblasts in the dermis of SSc patients. / La sclérodermie systémique (sclérodermie ou SSc) est une maladie auto-immune complexe qui présente un ensemble très variable de caractéristiques cliniques et est souvent fatale. La maladie est caractérisée par un disfonctionnement micro vasculaire, une inflammation chronique ainsi qu'une fibrose dans le tissu cutané et les organes internes.Chi3L2 fait partie de la réponse inhérente au stress des cellules des tissus conjonctifs et des niveaux sériques ont été observés dans des cas de SSc. Il a été établi, il y a longtemps, que le niveau d'atteinte cutanée aide à la classification des patients atteints de SSc étant donné qu'il est associé aux différents schémas d'atteinte des organes, sévérité de la maladie et le taux de survie. Les cellules dermiques sont impliquées dans le développement des lésions fibriques de la peau et leur activité biologique est régularisée par nombre de cytokines et de facteurs de croissance. La capacité des cellules dermiques de patients atteints de SSc et de sujets normaux à synthétiser du Chi3L1 et le régulation de ce processus par des facteurs de croissance et des cytokines a été au centre de cette étude. Les cellules exprimant le Chi3L1 dans le derme des personnes atteintes de SSc a également été caractérisé.Cette étude comporte 61 préparations de cellules dermiques prises de biopsie de peau de l'avant-bras et d'abdomen provenant de 41 patients atteints de SSc et de 15 préparations cde cellules provenant de 10 sujets témoins. Les cellules ont été maintenues en culture cellulaire monocouche et stimulées par des cytokines et facteurs de croissance suivants : IL-1, IL-4, IL-10, IL-13, IL-6, IL-17, OSM, ET-1, TNF-, TGF- ou PDGF en absence de sérum. La présence de Chi3L1 en milieu de culture a été analysée par SDS-PAGE et immunoblot. Les résultats démontrent que certaines cellules SSc dermiques expriment du Chi3L1 de façon endogène; le Chi3L1 est exprimé positivement de façon variable en réponse au IL1 et l'OSM, ce dernier ayant un effet plus prononcé. Chi3L1 n'est jamais trouvé dans les cellules de sujets témoins; les cellules dermiques d'avant-bras sont plus sujettes à produire du Chi3L1 que celles de l'abdomen et il est probable que les patients atteints plus tôt produisent du Chi3L1 d'une façon plus constante dans les cellules dermiques des avant-bras et de l'abdomen nonobstant les autres caractéristiques de la maladie. Une caractérisation plus poussée des cellules dermiques exprimant le Chi3L1 a démontré qu'à peine de 5 à 10% des cellules totales produisent du Chi3L1 de façon spontanée. Tandis que l'OSM, une cytokine pro-inflammatoire a doublé le nombre de cellules dermiques exprimant le Chi3L1, le TGF-b, un facteur de croissance profibrotique a régulé à la baisse l'expression de Chi3L1. Les cellules exprimant le Chi3L1 ne colorent pas pour l'actine de muscle lisse, qui caractérise les myo-fibroblastes matures, suggérant que le Chi3L1 n'est pas associé à la fibrose. Les cellules produisant le Chi3L1 de façon endogène ont aussi exprimé pour le nestine, CD73, STRO-1, TIE2, LSP-1 et NG-2 (qui sont tous des marqueurs de cellules souches/progénitrices). Ces cellules n'ont pas été détectées dans les préparations de cellules dermiques témoins. Quelques préparations cellulaires dermiques SSc contiennent aussi une population de cellules associées aux fibroblastes qui peuvent sécréter Chi3L1 quand elles sont stimulées par l'OSM. Donc, l'expression de Chi3L1 endogène ainsi que induite par l'OSM a permis d'identifier des populations de cellules dermiques dans les patients atteints de SSc qui pourraient être associés à une étape passagère dans la transition des cellules souches/progénitrices qui se développent en cellules de type fibroblastes en fibroblastes matures. En résumé, l'expression du Chi3L1 pourrait être un marqueur des cellules « actives » pour permettre un pool de fibroblastes dans le derme de patients atteints de SSc.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114208 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Ho, Yuen Yee |
| Contributors | Anneliese D Recklies (Supervisor2), John S Mort (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Surgery) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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