Induction of the skin endogenous protective mitochondrial MnSOD by Vitreoscilla filiformis extract

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Abstract

Synopsis

Vitreoscilla filiformis (Vf), a filamentous bacteria living in fresh water is thought to contribute to the observed beneficial effects of Spa water on skin. An active fraction obtained from a Vf biomass was evaluated for its ability to modulate mRNA expression in cultured skin cells. cDNA array analysis was conducted first using a customized membrane including 1176 selected and fully identified genes involved in skin physiology and homeostasis then the newly developed full genome U133 plus 2.0 GeneChip from Affymetrix. The mitochondrial protective manganese superoxide dismutase (MnSOD/SOD-2) was identified as a preferentially induced mRNA target in both normal human dermal fibroblasts and keratinocytes. Induction at the transcriptional level in both cell types was confirmed using quantitative real time/polymerase chain reaction and a kinetic analysis revealed a maximal increase in mRNA expression 20 h after stimulation with Vf extract (Vfe). Using immunofluorescent (fluorescent cell sorter) analysis, an induction of MnSOD protein in both normal human dermal skin fibroblasts (×1.6; P < 0.01) and epidermal keratinocytes (×1.4; P < 0.01) was confirmed. As MnSOD is a major inducible free-radical scavenger in skin, these results suggest that the Vfe could induce skin cells to produce their own endogenous protective defences in vivo against both exogenous environmental stressors such as UV irradiation or microflora as well as to combat endogenous sources of deleterious free radicals involved in skin ageing. Finally, in order to confirm the in vivo potential of this original extract in human, we evaluated its protective activity vs. placebo on the generation of sunburn cells in epidermis under UVB stress. As expected from in vitro profiling, Vfe was indeed found to significantly inhibit the appearance of sunburn cells in UVB-exposed areas, a signature of skin alteration which has been suggested to be linked to a defect in MnSOD protective activity. Altogether, those data suggest that the combination of a suitable protective UV filter together with this bioactive Vfe might improve skin protection through complementary pathways.

Vitreoscilla filiformis (Vf) est un microorganisme filamenteux qui est endémique de certaines eaux de source. Cette bactérie a été identifiée comme un contributeur probable des effets bénéfiques de certaines eaux thermales sur la peau. Nous avons évalué une fraction de la biomasse de Vf produite à grande échelle par un procédé biotechnologique pour sa capacitéà moduler l'expression des ARN messagers des cellules cutanées in vitro. A l'aide d'un pré-criblage sur puces à ADN incluant une sélection de 1176 gènes totalement identifiés et représentatifs de la physiologie cutanée et de son homeostasie puis du système de puces U133 plus 2.0 pour le génome complet d'Affymetrix nous avons identifié la Manganèse Superoxide Dismutase mitochondriale (MnSOD/SOD-2) comme une cible très préférentiellement induite dans les fibroblastes dermiques et les biratinocytes épidermiques humains normaux. Cette induction transcriptionnelle a été confirmée et quantifiée au moyen de la RT/PCR quantitative. Une étude de cinétique d'expression a montré un pic d'expression de MnSOD après 20 heures de stimulation. Au moyen de l'analyse par immunofluorescence (FACS), nous avons constaté, conformément aux résultats d'expression obtenus, une induction de synthèse protéique dans les fibroblastes dermiques humains normaux (×1.6; P < 0.01) et les kératinocytes humains normaux (×1.4; P < 0.01). Comme MnSOD est l'enzyme antiradicalaire inductible majeure des cellules cutanées, nous suggérons que cette fraction biotechnologique sélectionnée de Vf peut induire les cellules cutanées à produire leur propres systèmes de défense endogène in vivo. Comme attendu de ces observations, le traitement de la peau in vivo chez l'homme avec un extrait de Vf a montré une protection significative en termes d'apparition des cellules coup de soleil (sunburn cells) dans l'épiderme, une signature possible des effets délétères du soleil sur la fonction antioxydante mitrochondriale MnSOD cutanée. L'ensemble de ces observations suggère l'intérêt d'associer cet extrait bioactif de Vitreoscilla filiformis avec des filtres solaires adaptés afin de potentialiser la protection cutanée par des voies complémentaires.

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