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Skin microbiome promotes mast cell maturation by triggering stem cell factor production in keratinocytes - 19/04/17

Doi : 10.1016/j.jaci.2016.09.019 
Zhenping Wang, PhD a, Nicholas Mascarenhas, MD a, Lars Eckmann, MD b, Yukiko Miyamoto, PhD b, Xiaojun Sun, PhD a, Toshiaki Kawakami, PhD c, Anna Di Nardo, MD, PhD a,
a Department of Dermatology, School of Medicine, University of California, San Diego, La Jolla, Calif 
b Department of Medicine, School of Medicine, University of California, San Diego, La Jolla, Calif 
c Division of Cell Biology, La Jolla Institute for Allergy and Immunology, La Jolla, Calif 

Corresponding author: Anna Di Nardo, MD, PhD, 9500 Gilman Dr #0869, La Jolla, CA 92093.9500 Gilman Dr #0869La JollaCA92093

Abstract

Background

Mast cell (MC) progenitors leave the bone marrow, enter the circulation, and settle in the skin and other tissues. Their maturation in tissues is influenced by the surrounding microenvironment.

Objective

We tested the hypothesis that environmental factors play a role in MC maturation in the skin.

Methods

MCs were numerically, phenotypically, and functionally compared between germ-free (GF), specific pathogen-free, and GF mice reconstituted with microbiota. The maturity of MCs was then correlated with skin levels of stem cell factor (SCF), a critical MC differentiation factor, and lipoteichoic acid (LTA), a Toll-like receptor 2 ligand. MCs were also evaluated in mice with keratinocyte-specific deletion of Scf.

Results

We found that GF mice express abnormally low amounts of SCF, a critical MC differentiation factor, and contain MCs that are largely undifferentiated. Reconstituting the GF microbiota reverted this MC phenotype to normal, indicating that the phenotype is related to ongoing interactions of the microbiota and skin. Consistent with the immaturity of GF MCs, degranulation-provoking compound 48/80 induced less edema in the skin of GF mice than in conventional mice. Our results show that the skin microbiome drives SCF production in keratinocytes, which triggers the differentiation of dermal MCs. Because the skin microbiome is a rich source of LTA, a Toll-like receptor 2 ligand, we mimicked the GF microbiome's effect on MCs by applying LTA to the skin of GF mice. We also demonstrated that MC migration within the skin depends exclusively on keratinocyte-produced SCF.

Conclusion

This study has revealed a novel mechanism by which the skin microbiota signals the recruitment and maturation of MCs within the dermis through SCF production by LTA-stimulated keratinocytes.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Mast cell, microbiome, germ free, SCF, keratinocyte, LTA

Abbreviations used : DAPI, ExGF, FACS, GAPDH, GF, LCM, LTA, MC, qPCR, SCF, SPF, TLR, UCSD


Plan


 A.D.N.'s laboratory is supported by the National Institutes of Health (NIH)/National Institute of Allergy and Infectious Diseases through NIH grant 5R01AI106874.
 Disclosure of potential conflict of interest: Z. Wang receives grant funding from the National Institutes of Health (NIH). N. Mascarenhas receives grant funding from the NIH. Y. Miyamoto receives grant funding from the NIH. X. Sun receives grant funding from the NIH. T. Kawakami serves as a consultant for Patara Pharma. A. Di Nardo received grant funding from the National Institutes of Health. L. Eckmann declares that he has no relevant conflicts of interest.


© 2016  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 139 - N° 4

P. 1205 - avril 2017 Retour au numéro
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