Effect of low humidity on the barrier functions of keratinocytes in a reconstructed human epidermal model

ObjectiveDry skin occurs in the winter season when the relative humidity is low; however, the mechanism by which low humidity induces dry skin is not fully understood. To develop measures against dry skin in winter, understanding early changes in the skin upon exposure to low humidity is essential. This study employed a reconstructed human epidermal model (RHEM) to understand these changes.MethodsThe stratum corneum (SC) of RHEM was exposed to low-humidity air for 1 h, and trans-epidermal water loss (TEWL) and the penetration rate of lucifer yellow (LY) were measured. mRNA level expression of each target protein and the amounts of ceramides in RHEM were quantified using real-time PCR and LC-EIS/MS/MS, respectively. Protein localization in RHEM was visualized using immunostaining.ResultsUpon exposure to low humidity for 1 h, TEWL and LY penetration in the SC of RHEM were elevated. Even though there was no change in the amount of ceramides, the expression of cornified cell envelope (CCE) component proteins such as filaggrin (FLG) and loricrin (LOR) decreased. Furthermore, free SH and SS crosslink in SC of RHEM exposed to low humidity was decreased, and the SC became less hydrophobic. In tight junctions that contribute to barrier function, cloudin1 (CLDN1) and ZO-1 decreased upon exposure to low humidity.ConclusionLow humidity induces immature differentiation of the skin at an early stage characterized by corneocytes with CCE in fragile structures and reduced expression of tight junction proteins. Thus, it can be inferred that repeated exposure to dry air results in the repetition of these initial reactions, ultimately resulting in dry skin. OBJECTIFLa peau s & egrave;che se manifeste en hiver lorsque l'humidit & eacute; relative est basse; cependant, le m & eacute;canisme par lequel une faible humidit & eacute; provoque la s & eacute;cheresse cutan & eacute;e n'est pas encore compl & egrave;tement & eacute;lucid & eacute;. Pour d & eacute;velopper des mesures contre la s & eacute;cheresse cutan & eacute;e hivernale, il est essentiel de comprendre les changements pr & eacute;coces de la peau lors d'une exposition & agrave; une faible humidit & eacute;. Cette & eacute;tude a utilis & eacute; un mod & egrave;le & eacute;pidermique humain reconstruit (MEHR) pour analyser ces modifications.M & Eacute;THODESLe stratum corneum (SC) MEHR a & eacute;t & eacute; expos & eacute; & agrave; un air & agrave; faible humidit & eacute; pendant 1 heure. La perte en eau trans-& eacute;pidermique (PETE) et le taux de p & eacute;n & eacute;tration du lucifer yellow (LY) ont & eacute;t & eacute; mesur & eacute;s. L'expression de l'ARNm de chaque prot & eacute;ine cible ainsi que la quantit & eacute; de c & eacute;ramides dans le MEHR ont & eacute;t & eacute; quantifi & eacute;es en temps r & eacute;el par PCR et LC-EIS/MS/MS, respectivement. La localisation des prot & eacute;ines dans le RHEM a & eacute;t & eacute; visualis & eacute;e par immunomarquage.R & Eacute;SULTATSApr & egrave;s 1 heure d'exposition & agrave; une faible humidit & eacute;, la PETE et la p & eacute;n & eacute;tration du LY dans le SC du MEHR ont augment & eacute;. Bien qu'aucun changement n'ait & eacute;t & eacute; constat & eacute; dans la quantit & eacute; de c & eacute;ramides, l'expression des prot & eacute;ines constitutives de l'enveloppe des cellules cornifi & eacute;es (ECC), telles que la filaggrine (FLG) et la loricrine (LOR), a diminu & eacute;. De plus, la quantit & eacute; de thiols libres (SH) et de liaisons disulfure (SS) dans le SC du MEHR expos & eacute; & agrave; une faible humidit & eacute; a diminu & eacute;, rendant le SC moins hydrophobe. Au niveau des jonctions serr & eacute;es, qui participent & agrave; la fonction de barri & egrave;re, la claudine 1 (CLDN1) et la prot & eacute;ine ZO-1 ont vu leur expression diminuer apr & egrave;s exposition & agrave; une faible humidit & eacute;.CONCLUSIONUne faible humidit & eacute; induit une diff & eacute;renciation & eacute;pidermique immature & agrave; un stade pr & eacute;coce, caract & eacute;ris & eacute;e par des corn & eacute;ocytes dont la ECC est fragilis & eacute;e et par une expression r & eacute;duite des prot & eacute;ines des jonctions serr & eacute;es. Il peut donc & ecirc;tre d & eacute;duit que des expositions r & eacute;p & eacute;t & eacute;es & agrave; un air sec reproduisent ces r & eacute;actions initiales, menant finalement & agrave; une peau s & egrave;che.