Survival and death signaling pathways in keratinocytes exposed to oxidative stress and hyperosmotic shock

A epiderme é constantemente confrontada por inúmeros agentes estressores. Variações na umidade ou exposição à radiação ultravioleta afetam o balanço osmótico e o estado redox celular alterando, assim, as características fisiológicas da pele. Em resposta aos diferentes estímulos os queratinócitos ativam vias distintas de sinalização. Portanto, o balanço entre as vias de sobrevivência e morte determina o destino celular. A fim de se determinar possíveis alvos moleculares associados a morte e sobrevivência de queratinócitos, vias de sinalização celular disparadas pela exposição ao choque hiperosmótico e estresse oxidativo foram investigadas em células HaCaT tratadas com sorbitol e peróxido de hidrogênio (H2O2) respectivamente. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que, em ambos os modelos, a redução da viabilidade celular dependeu da dose e do tempo de exposição ao agente extressor, apresentando valores de IC50 de aproximadamente 1 mol/L de sorbitol e 2 mmol/L de H2O2 após 2 e 4 h de exposição respectivamente. Os danos causados foram irreversíveis e estão associados à ativação da via intrínseca de morte celular apoptótica, acompanhada de perda da integridade da membrana lisossomal, extravasamento de catepsina B para o citosol e alterações morfológicas atípicas no citoesqueleto, principalmente no arranjo dos filamentos de actina. A investigação do status de funcionamento de proteínas quinases ativadas por mitógenos (MAPKs) e do estado redox celular indicou que esses eventos foram mediados por espécies reativas de oxigênio e pela ação da quinase c-Jun N-terminal (JNK). Adicionalmente, a exposição dos queratinócitos aos diferentes estímulos estressores foi acompanhada de ativação da proteína tirosina fosfatase de baixa massa molecular (LMWPTP), cuja relevância nos estudos de biologia celular aumentou nos últimos anos. A LMWPTP atua em importantes vias de sinalização que estão associadas à sobrevivência e morte celular. Cientificamente, este estudo é pioneiro ao demonstrar alterações no citoesqueleto e ação de proteínas quinases e fosfatases nos mecanismos que determinam o destino de queratinócitos expostos ao choque hiperosmótico e ao estresse oxidativo. De fato, o melhor conhecimento da relação entre as vias de sobrevivência e morte celular em queratinócitos é fundamental para promover o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas aplicadas às doenças dermatológicas. Desta maneira, o presente trabalho apresenta resultados inéditos, contribuindo no conhecimento da biologia dos queratinócitos e com sua aplicação no desenvolvimento da terapia dermatológicaThe epidermis is constantly confronted with multiple environmental stressors. Changes in humidity or exposition to UV radiation affect the redox state and osmotic balance, modifying the physiological characteristics of the skin. In response to different stresses, epidermal keratinocytes can activate distinct signaling pathways and the balance between death and life signals will determine the cell fate, leading to programmed cell death or cell survival. In order to determine the possible molecular targets associated to death and survival of keratinocytes, the signaling pathways activated by the exposition of HaCaT cells to sorbitol (hyperosmotic shock) and H2O2 (oxidative stress) were investigated. The results showed that in both models the reduction in cellular viability was time and dose-dependent, displaying IC50 values of 1 mol/L for sorbitol and 2 mmol/L for H2O2 after 2 and 4 h of exposition to the stressors, respectively. The damages caused by the stressors were irreversible and associated to the induction of the intrinsic apoptotic pathway, accompanied by the loss of lisosomal membrane integrity, release of cathepsin B to cytosol and atypical morphological alterations in cytoskeleton, particularly in the arrangement of actin filaments. Analysis of the functional status of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and the cellular redox state showed that such events were mediated by reactive oxygen species and occurred through c-Jun N-terminal kinase (JNK) activation. Additionally, exposure of keratinocytes to the different stress inducers was followed by low molecular weight tyrosine protein phosphatase (LMWPTP) activation, which is responsible for the regulation of important signaling pathways associated to cell survival and death. It is important to highlight the novelty of these results showing alterations in the cytoskeleton and the action of protein kinases and phosphatases during exposure of keratinocytes to hyperosmotic and oxidative stresses. In fact, the development of more efficacious therapies against skin diseases depends on the establishment of the relationships between the survival and death signaling pathways in keratinocytes. In this direction, this work contributes to a better understanding of the keratinocyte biology and the improvement of traditional dermatological therapie