Variation in the activities of late stage filaggrin processing enzymes, calpain-1 and bleomycin hydrolase, together with pyrrolidone carboxylic acid levels, corneocyte phenotypes and plasmin activities in non-sun-exposed and sun-exposed facial stratum corneum of different ethnicities

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Abstract

BACKGROUND:

Knowledge of the ethnic differences and effects of photodamage on the relative amounts of natural moisturizing factor (NMF) together with filaggrin processing enzymes in facial stratum corneum is limited. Our aim was to characterize the activities of calpain-1 (C-1), bleomycin hydrolase (BH) and the levels of pyrrolidone carboxylic acid (PCA) as a marker for total NMF levels and to relate them to plasmin activities and corneocyte maturation.

METHODS:

Enzyme activities, PCA levels and corneocyte maturation were determined from facial tape strippings of photoexposed cheek and photoprotected post-auricular areas (PA) of healthy Caucasian (C), Black African (BA) and albino African (AA) female subjects living in South Africa.

RESULTS:

PCA concentration levels were of the order AA > BA > C subjects, and the highest activities of BH were present in the AA subjects. BH activities were greater on the photoexposed sites for the BA and C subjects, but they were only numerically elevated in the AA subjects. Photoprotected sites had an increase in C-1 activity in pigmented groups (C and BA), whereas in the AA subjects, the opposite was measured. Plasmin activities were greater on the cheek compared with the PA site for the AA and C subjects, but the activity was low in the BA subjects. In both test sites, the AA, but not the BA and C subjects, had smaller, parakeratotic and less mature corneocytes.

CONCLUSION:

Variation in PCA levels has been found for different ethnic groups in this study (AA > BA > C subjects). The values in the AA subjects are surprising as one might expect that the lack of pigmentation, and thereby increased photodamage, might lead to lower levels. Increased BH, but not C-1 activity, was observed in the AA subjects indicating that BH is associated with PCA production to a greater extent. Surprisingly, corneocyte maturation is still impaired with elevated PCA levels in AA subjects. The higher levels of plasmin and BH activities on the cheeks, especially for AA and C subjects, suggest that they can be used as markers for epidermal photodamage.

CONTEXTE:

La connaissance des différences ethniques et des effets du photovieillissement sur les quantités relatives du facteur naturel d'hydratation (NMF) conjointement avec la les enzymes de dégradation de la filaggrine (FLG) dans le stratum corneum (SC) du visage est limitée. Notre objectif était de caractériser les activités de la calpaïne-1 (C-1), de la bléomycine hydrolase (BH) et des taux d'acide pyrrolidone carboxylique (PCA) comme marqueurs du niveaux du NMF total, et de les relier aux activités de plasmine et de la maturation des cornéocytes.

METHODES:

Les activités enzymatiques, les taux de PCA et de la maturation des cornéocytes ont été déterminées à partir de strippings du visage de la joue photoexposée et des zones post-auriculaires (PA) photoprotégées de sujets féminins d'ethnie Caucasienne saine (C), d'Afrique noire (BA) et d'Albino africaine (AA) vivant en Afrique du Sud.

RESULTATS:

Les niveaux de concentration de la PCA étaient de l'ordre AA> BA> C et les plus hautes activités de BH étaient présentes dans les sujets AA. Les activités BH étaient plus élevées sur les sites photoexposées pour le BA et les sujets C mais ils étaient seulement numériquement élevés chez les sujets AA. Les sites photoprotégés montraient une augmentation de l'activité C-1 dans les groupes pigmentés (C et BA), tandis que dans le groupe AA le contraire a été mesuré. Les activités de plasmine étaient plus fortes sur la joue par rapport au site de PA pour les sujets AA et C, mais l'activité était faible chez les sujets BA, dans les deux sites. Dans les deux sites d'essai, le groupe AA, mais pas les sujets BA et C, ont des cornéocytes parakératosiques plus petites, et moins matures.

CONCLUSION:

Des variations des taux du PCA ont été trouvées pour les différents groupes ethniques dans cette étude (sujets AA> BA> C). Les valeurs dans les sujets AA sont surprenants vu que l'on pourrait attendre à ce que le manque de pigmentation, et ainsi le degré de photovieillissement augmenté, pourraient conduire à des niveaux inférieurs. L'activité BH augmentée, mais pas celle de C-1, a été observée chez les sujets de type AA ce qui indique que la BH est associée à la production du PCA dans une plus grande mesure. Étonnamment, la maturation des cornéocytes est toujours altérée avec des taux élevés du PCA chez les sujets AA. Les niveaux supérieurs de la plasmine et les activités BH sur les joues, en particulier pour les sujets AA et C, suggèrent qu'ils peuvent être utilisés comme marqueurs du photovieillissement de l'épiderme.

CONCLUSION:

Knowledge of the ethnic differences and effects of photodamage on the relative amounts of natural moisturizing factor together with filaggrin processing enzymes in facial stratum corneum (SC) is limited. Our aim was to characterize the activities of calpain-1, bleomycin hydrolase and the levels of pyrrolidone carboxylic acid and to relate them to plasmin activities and corneocyte maturation. Enzyme activities, PCA levels and corneocyte maturation were determined from facial tape strippings of photoexposed cheek and photoprotected post-auricular areas of healthy Caucasian, Black African and Albino African female subjects living in South Africa.

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