Generation and characterization of three dimensional organotypic KID syndrome skin model

Abstract

Keratitis, ichthyosis, deafness (KID) syndrome is a rare genetic disorder caused by connexin 26 gene mutation that shows quite debilitating and horrific effects on patients. Syndrome itself is complex and 2D culture methods fail to provide complex and close to real conditions to investigate KID syndrome. Our goal is to construct organotypic 3D skin model for the KID syndrome. First of all, stable cell lines expressing wild type and D50Y mutant Cx26 protein were generated. Immunostaining, Western blot and qRT-PCR analysis confirmed Cx26 expression in stable cell lines, meaning these cell lines can be utilized to construct 3D skin model. In order to generate organotypic KID syndrome skin models, commercially available transwell inserts were used. Constructs were prepared by plating fibroblast-collagen mixture in inserts and then plating generated stable cell lines on top of the fibroblast-collagen layer. Then immunostaining was performed on generated skin constructs. Immunostaining of cytokeratin 14 confirmed that 3D model has basal layer of the epidermis. Also, KID skin model with Whatman paper was conducted as an alternative to transwell inserts. Phalloidin staining results showed that generated cell lines formed 3D structures within cellulose fibers. Furthermore; Cx43-Cx26 interaction and cell viability were investigated in stable HaCaT cells. Western blot results showed that increase in Cx26 protein, wild type or mutant, caused an increase in Cx43 levels. According to MTT assay, increase of wild type or D50Y mutant Cx26 did not change cell viability. Overall with these findings, provides a new point of view for KID syndrome mechanism and treatment.

Keratitis, iktiyoz, sağırlık (KID) sendromu, connexin 26 gen mutasyonunun neden olduğu nadir bir genetik bozukluk olup, hastalarda oldukça zayıflatıcı ve korkunç etkiler gösterir. Sendromun kendisi karmaşıktır ve 2D kültür yöntemleri KID sendromunu araştırmak için karmaşık ve gerçek koşullara yakın olmamaktadır. Amacımız KID sendromu için organotipik 3D epidermis modeli oluşturmaktır. Her şeyden önce, yabani tip ve D50Y mutant Cx26 proteini ifade eden HaCaT kararlı hücre hatları üretildi. Yaptığımız immüno boyama, Western ve qRT-PCR sonuçları, bu hücre hatlarının KID cilt modeli oluşturmak için kullanılabileceği anlamına gelen Cx26 ifadesini doğrulamıştır. Organotipik KID sendromu cilt modeli yapımında ticari olarak temin edilebilen transweller kullanılmıştır. Model yapımı için önce fibroblast-kollajen karışımının transwellere koyuldu ve ardından oluşturulan hücre hatları karışımın üzerine aktarıldı. Sonra imuno boyama, üretilen cilt yapıları üzerinde gerçekleştirildi. Cytokeratin 14 boyama sonuçları, 3D modelin bazal tabaka epidermisine sahip olduğunu teyit etti. Ayrıca, KID cilt modeli, whatman kağıdı ile transwell yapısına bir alternatif olarak denendi. Phalloidin boyama sonuçları, üretilen hücre hatlarının selüloz lifleri yardımıyla 3D yapılar oluşturduğunu gösterdi. Ayrıca, Cx43-Cx26 etkileşimi ve hücre canlılığı araştırıldı. Western blot sonuçları, Cx26 protein yabani türünün veya mutantının artışının Cx43 seviyelerinde artışa neden olduğunu gösterdi. MTT analizlerine göre, vahşi tipli veya D50Y mutant Cx26'nın artışı hücre yaşayabilirliğini değiştirmedi. Bütün bu sonuçların ışığında, yaptığımız çalışma KID sendromunun mekanizmasını anlamak ve tedavisi için yeni bir bakış açısı sağlamıştır.