Topical niacinamide enhances hydrophobicity and resilience of corneocyte envelopes on different facial locations.

Age-related differences in maturation parameters of corneocyte envelopes (size, hydrophobicity and rigidity) were examined at several facial test sites in young and old female Caucasians. In addition, the effect of topically applied niacinamide on these parameters was evaluated in a 4-week placebo-controlled study.

The importance of 12R-lipoxygenase and transglutaminase activities in the hydration-dependent ex vivo maturation of corneocyte envelopes.

BACKGROUND: Terminally differentiated keratinocytes acquire corneocyte protein envelopes (CPE) complexed with corneocyte lipid envelopes (CLE). These two structural components of the corneocyte envelopes (CEs) undergo maturation by gaining in hydrophobicity, rigidity and surface area. Linoleoyl acylceramides are processed by 12R-lipoxygenase (12R-LOX) and other enzymes before transglutaminase (TG) attaches ω-hydroxyceramides to involucrin in the CPE. Concurrently, structural proteins are cross-linked by TG that has been activated by cathepsin D (CathD). OBJECTIVES: The primary aim of this work was to demonstrate the impact of relative humidity (RH) during ex vivo CE maturation. Low, optimal and high RH were selected to investigate the effect of protease inhibitors (PIs) on CE maturation and TG activity; in addition, 12R-LOX and CathD activity were measured at optimal RH. Finally, the effect of glycerol on ex vivo CE maturation was tested at low, optimal and high RH. METHODS: The first and ninth tape strip of photo-exposed (PE) cheek and photo-protected (PP) post-auricular sites of healthy volunteers were selected. Ex vivo CE maturation was assessed via the relative CE maturity (RCEM) approach based on CE rigidity and hydrophobicity. The second and eighth tapes were exposed to RH in the presence of inhibitors. RESULTS: Irrespective of tape stripping depth, CEs from PE samples attained CE rigidity to the same extent as mature CEs from the PP site, but such improvement was lacking for CE hydrophobicity. 70% RH was optimal for ex vivo CE maturation. The inhibition of 12R-LOX activity resulted in enhanced CE rigidity which was reduced by the TG inhibitor. CE hydrophobicity remained unchanged during ex vivo maturation in the presence of TG or 12R-LOX inhibition. CE hydrophobicity was enhanced in the presence of glycerol at 44% RH and 100% RH but not at 70% RH. Furthermore, TG activity was significantly diminished at 100% RH compared to the commercial inhibitor LDN-27219. However, a protease inhibitor mix reversed the negative effect of overhydration. CONCLUSION: The study adds to the understanding of the roles of 12R-LOX and TG activity in CE maturation and gives further insight into the effect of glycerol on the SC.

CONTEXTE: Les kératinocytes à différenciation terminale acquièrent les enveloppes protéiniques des cornéocytes (ECP) complexées aux enveloppes lipidiques des cornéocytes (ELC). Ces deux composants structurels des enveloppes cornéocytaires (EC) subissent un processus de maturation en gagnant en hydrophobicité, en rigidité et en surface. Les linoléoyl-acyle-céramides sont traités par 12R-lipoxygénase (12R-LOX) et d'autres enzymes avant que la transglutaminase (TG) ne fixe les x-hydroxy-céramides à l'involucrine dans les ECP. Les protéines structurelles sont simultanément réticulées par la TG qui a été activée par la cathepsine D (CathD). OBJECTIFS: L'objectif principal de ces travaux visait à démontrer l'impact de l'humidité relative (HR) pendant la maturation de l'EC ex vivo. Des humidités relatives faible, optimale et élevée ont été retenues pour étudier l'effet des inhibiteurs de la protéase (IP) sur la maturation de l'EC et l'activité de la TG ; l'activité de CathD et 12R-LOX a également été mesurée à une HR optimale. Finalement, l'effet du glycérol sur la maturation de l'EC ex vivo a été testé à des humidités relatives faible, optimale et élevée. MÉTHODES: La première et neuvième bandes adhésives sur un site à l'arrière de l'oreille protégé de la lumière (photo-protégé, PP) et sur une joue exposée à la lumière (photo-exposée, PE) de volontaires sains ont été sélectionnées. La maturation de l'EC ex vivo a été évaluée par l'approche de la maturité relative d'EC (RCEM) reposant sur l'hydrophobicité et la rigidité de l'EC. Les deuxième et huitième bandes ont été exposées à l'humidité relative en présence d'inhibiteurs. RÉSULTATS: Indépendamment de la profondeur de bande adhésive, les EC des échantillons EP ont atteint la rigidité d'EC de la même manière que les EC matures du site PP, mais ces améliorations faisaient défaut en ce qui concerne l'hydrophobicité des EC. Une HR à 70 % était optimale pour la maturation de l'EC ex vivo. L'inhibition de l'activité du 12R-LOX a entraîné une rigidité accrue de l'EC, laquelle était réduite par l'inhibiteur de la TG. L'hydrophobicité des EC est restée inchangée pendant la maturation ex vivo en présence de l'inhibition de la TG ou du 12R-LOX. L'hydrophobicité des EC a été améliorée en présence de glycérol à une HR de 44 % et à une HR de 100 %, mais non à une HR de 70 %. L'activité de la TG a par ailleurs significativement diminué à une HR de 100 % par rapport à l'inhibiteur commercial LDN-27219. Cependant, un mélange inhibiteur de la protéase a inversé l'effet négatif de la surhydratation. CONCLUSION: L'étude renforce la compréhension des rôles de l'activité de la TG et du 12R-LOX dans la maturation de l'EC et donne de plus amples détails sur l'effet du glycérol sur la couche cornée (stratum corneum, SC).

12R-lipoxygenase activity is reduced in photodamaged facial stratum corneum. A novel activity assay indicates a key function in corneocyte maturation.

BACKGROUND: During the late stage of keratinocyte differentiation, corneocytes gain a strong protein-lipid structure: the corneocyte envelopes (CE), composed of the inner corneocyte protein envelope (CPE) and the outer corneocyte lipid envelope (CLE). The hydrophobicity of CEs depends on the covalent attachment of linoleoyl-acyl-ceramides by transglutaminases (TG). These ceramides are processed by a range of other enzymes, including 12R-lipoxygenase (12R-LOX), before the covalent attachment of the free ω-hydroxyceramides to the CPE surface to form the CLE. The mechanical strength of CE is obtained with the formation of isodipeptide bonds by TG. The increase in hydrophobicity and rigidity leads to CE maturation which supports the integrity and mechanical resistance of the stratum corneum (SC). OBJECTIVES: The aim of this work was to develop and validate a novel enzyme activity assay for 12R-LOX in tape strippings of photo-exposed (PE) cheek and photo-protected (PP) post-auricular SC of healthy Chinese volunteers (n = 12; age 25 ± 3 years). RESULTS: A fluorescence-based assay was developed with ethyl linoleic acid as the substrate and a polyclonal antibody against 12R-LOX as an inhibitor. The specificity was shown by the lack of effect by a LOX inhibitor (ML351) and an epidermal-type lipoxygenase 3 (eLOX3) antibody on the acquired 12R-LOX activity. Reduced 12R-LOX activity was observed in the outer compared to the inner SC layers. Moreover, dramatically lower activity was shown in the PE vs. PP samples. Furthermore, the enzyme activity has a positive correlation (r = 0.94 ± 0.03) with CE maturity, in particular hydrophobicity, and a negative correlation (r = -0.96 ± 0.01) with transepidermal water loss (TEWL). CONCLUSION: This novel enzyme assay revealed a lower 12R-LOX activity in tape strippings from PE cheek for the first time. This finding is in line with less mature CEs and higher TEWL compared to PP post-auricular samples. This study indicates a strong link between 12R-LOX activity and CE maturation and SC integrity.

CONTEXTE: Pendant le stade avancé de différenciation des kératinocytes, les cornéocytes acquièrent une solide structure protéines-lipides : l'enveloppe des cornéocytes (EC) composée de l'enveloppe protéinique des cornéocytes (EPC) interne et de l'enveloppe lipidique des cornéocytes (ELC) externe. L'hydrophobicité des EC dépend de la liaison covalente des linoléoyl-acyle-céramides par transglutaminases (TG). Ces céramides sont traités par un ensemble d'autres enzymes, y compris la 12R-lipoxygénase (12R-LOX), avant la liaison covalente des xhydroxycéramides à la surface de l'EPC pour former l'ELC. La force mécanique de l'EC est obtenue par la formation de liaisons isodipeptides par TG. L'augmentation de hydrophobicité et de la rigidité conduit à une maturation de l'EC qui soutient l'intégrité et la résistance mécanique de la couche cornée (stratum corneum, SC). OBJECTIFS: L'objectif de ce travail était de développer et de valider un test novateur de l'activité enzymatique pour le 12R-LOX par arrachage par bande sur une joue exposée à la lumière (photo-exposed, PE) et sur de la SC à l'arrière de l'oreille protégée de la lumière (photo-protected, PP) de volontaires sains chinois (n = 12; 25 ans ± 3 ans). RÉSULTATS: Un test de fluorescence a été développé avec de l'acide linoléique éthylique en tant que substrat et un anticorps polyclonal anti-12R-LOX en tant qu'inhibiteur. La spécificité a été démontrée par le manque d'effet d'un inhibiteur de LOX (ML351) et d'un anticorps anti-lipoxygénase 3 (eLOX3) de type épidermique sur l'activité du 12R-LOX acquise. Une réduction de l'activité du 12R-LOX a été observée dans les couches de SC externes par rapport aux couches internes. En outre, une activité considérablement plus faible a été démontrée dans les échantillons PE par rapport aux échantillons PP. De plus, l'activité enzymatique a une corrélation positive (r = 0,94 ± 0,03) avec la maturité de l'EC, en particulier l'hydrophobicité, et une corrélation négative (r = −0,96 ± 0,01) avec une perte d'eau transépidermique (transepidermal water los, TEWL). CONCLUSION: Ce dosage enzymatique novateur, à partir de tape stripping sur les joues exposée à la lumière, a révélé une activité 12RLOX plus faible pour la première fois. Cette découverte est cohérente avec des EC moins matures et une TEWL plus élevée par rapport aux échantillons PP de l'arrière de l'oreille. Cette étude indique un lien solide entre l'activité du 12R-LOX et la maturation de l'EC et l'intégrité de la SC.

A new approach to assess the effect of photodamage on corneocyte envelope maturity using combined hydrophobicity and mechanical fragility assays.

BACKGROUND: The maturity of the corneocyte envelope (CE) provides information about the barrier functionality of the stratum corneum (SC). Corneocytes are enclosed by the CE, a protein-lipid matrix, contributing to mechanical resistance and hydrophobicity of the SC. OBJECTIVES: The aim of the work was to develop a novel and robust approach to characterize CE maturity based on rigidity, hydrophobicity and surface area. This offers an alternative approach to the Nile red staining and antigenicity of involucrin to characterize the CE. The photoexposed (PE) cheek and photoprotected (PP) post-auricular sites were selected for investigation. METHODS: Nine tape strips were obtained from the cheek and post-auricular sites of healthy Caucasians. CEs on the first and last tape strip were subjected to sonication to assess rigidity, and Nile red staining to determine hydrophobicity per unit surface area. In addition, the presence of involucrin and lipids was assessed to determine CE maturity by examination of the red/green pixel ratio, percentage of involucrin expressing CEs and alternatively the ratio of fluorescence density. RESULTS: The CE rigidity was lower in the deeper SC layers of the cheek, whereas post-auricular CEs were mechanically more resistant. Post-auricular CEs from the superficial SC had a larger surface area with a stronger fluorescence signal than those from the cheek. Interestingly, those CEs from the deeper SC layers had similar surface areas in both anatomical sites but were significantly different in hydrophobicity. These three parameters can be summarized as a relative CE maturity index that expresses CE maturity more precisely with a higher sensitivity than the conventional involucrin and Nile red staining approach. CEs of the cheek surface are more mature than CEs in the deeper SC layer, whereas CEs obtained from the post-auricular surface are more mature than those from the cheek surface. CONCLUSION: The combined method developed allows characterization of CE maturity based on hydrophobicity per unit surface area and rigidity rather than a simple ratio of lipid to involucrin. A more robust and sensitive measurement has therefore been developed addressing the limitations of earlier protocols.