7/22/2019 Dexamethasone Regulation of Glycosaminoglycan Synthesis in Cultured Human Skin Fibroblasts

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Dexamethasone R e g u l a t i o n o f

G l y c o s a m i n o g l y c a n S y n t h e s i s i n C u l t u r e d

Human S k i n F i b r o b l a s t sS i m i l a r E f f e c t s o f G l u c o c o r t i c o i d

and T h y r o i d Hormones

T e r r y J . S m i t h

S e c t i o n o f M e t a b o l i c a n d E n d o c r i n e D i s e a s e , D e p a r t m e n t o fM e d i c i n e , M e d i c a l C o l l e g e o f G e o r g i a a n d V e t e r a n sA d m i n i s t r a t i o n M e d i c a l C e n t e r , A u g u s t a , G e o r g i a 3 0 9 1 0

 bb t r a c t . T h e e f f e c t s o f d e x a m e t h a s o n e on

g l y c o s a m i n o g l y c a na c c u m u l a t i o n were e x a m i n e d i n c o n -

f l u e n t h u m a n s k i n f i b r o b l a s t s i n v i t r o . T h e g l u c o c o r t i c o i dc o n s i s t e n t l y i n h i b i t e d t h e i n c o r p o r a t i o n o f e i t h e r[ 3 H ] a c e t a t e o r [ 3 H ] g l u c o s a m i n e i n t o h y a l u r o n a t e w h e n

a d d e d t o c u l t u r e m e d i u m 7 2 h b e f o r e h a r v e s t . T h i s

e f f e c t w a s h a l f - m a x i m a l a t - 1 n M a n d m a x i m a l a t5 - 1 0 n M . I n h i b i t i o n o c c u r r e d w i t h i n 5 h o f h o r m o n e

a d d i t i o n a n d w a s n e a r m a x i m a l b y 2 5 h . 1 l a - h y d r o c o r -t i s o n e ( 1 0 n M ) , d e o x y c o r t i c o s t e r o n e ( 1 0 n M ) , a n d p r o -g e s t e r o n e ( 1 0 0 n M ) f a i l e d t o i n h i b i t t h i s a c c u m u l a t i o n ;h o w e v e r , p r o g e s t e r o n e ( 2 u M ) , a k n o w n g l u c o c o r t i c o i da n t a g o n i s t a t h i g h c o n c e n t r a t i o n , c o u l d a t t e n u a t e t h er e s p o n s e t o d e x a m e t h a s o n e b y 5 7 . C u l t u r e s w e r e p u l s e -

l a b e l e d a n d t h e n c h a s e i n c u b a t e d f o r u p t o 6 8 h . Nod i f f e r e n c e i n t h e r a t e o f [ 3 H ] h y a l u r o n a t e d e g r a d a t i o nc o u l d b e d e m o n s t r a t e d i n s t e r o i d - t r e a t e d c u l t u r e s . T r i i o -d o t h y r o n i n e ( T 3 ) c a n a l s o i n h i b i t s y n t h e s i s o f h y a l u r o n a t ei n f i b r o b l a s t s ( S m i t h , T . J . , Y . M u r a t a , A . L . H o r w i t z ,L . P h i l i p s o n , a n d S . R e f e t o f f , 1 9 8 2 , J . C l i n . I n v e s t . ,7 0 : 1 0 6 6 - 1 0 7 3 ) . B o t h T 3 a n d d e x a m e t h a s o n e c o u l d i n -h i b i t g l y c o s a m i n o g l y c a n a c c u m u l a t i o n i n a d o s e - d e p e n -d e n t m a n n e r . M a x i m a l T 3 e f f e c t s w e r e a c h i e v e d a t 1nM a n d t h o s e o f d e x a m e t h a s o n e a t 1 0 n M . S a t u r a t i n gc o n c e n t r a t i o n s o f T 3 a n d d e x a m e t h a s o n e a d d e d a l o n ei n h i b i t e d [ 3 H ] h y a l u r o n a t e b y 5 4 a n d 4 9 , r e s p e c t i v e l y .When b o t h h o r m o n e s w e r e a d d e d , a c c u m u l a t i o n w a s

i n h i b i t e d b y 8 4 . D e x a m e t h a s o n e i n h i b i t s [ 3 H ] h y a l -P o r t i o n s o f t h i s w o r k w e r e p r e s e n t e d a t t h e V I I t h I n t e r n a t i o n a lC o n g r e s s o f E n d o c r i n o l o g y , Q u e b e c , C a n a d a , 1 - 7 J u l y 1 9 8 4 .

A d d r e s s r e p r i n t r e q u e s t s t o D r . S m i t h , E n d o c r i n e S e c t i o n ( 1 1 I B ) ,V e t e r a n s A d m i n i s t r a t i o n M e d i c a l C e n t e r , A u g u s t a , GA 3 0 9 1 0 .

R e c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n 9 A p r i l 1 9 8 4 a n d i n r e v i s e d f o r m 9 A u g u s t1 9 8 4 .

u r o n a t e a c c u m u l a t i o n i n a t i m e , d o s e - d e p e n d e n t , a n d

s t e r e o - s p e c i f i c m a n n e r . T h e r a t e o f

g l y c o s a m i n o g l y c a nd e g r a d a t i o n w a s u n a f f e c t e d , a n d t h u s , t h e s t e r o i d i n h i b -i t e d t h e r a t e o f m a c r o m o l e c u l a r s y n t h e s i s . T h i s e f f e c tw a s l i k e l y m e d i a t e d t h r o u g h g l u c o c o r t i c o i d r e c e p t o r s .H y a l u r o n a t e s y n t h e s i s i n s k i n f i b r o b l a s t s a p p e a r s t o b e

r e g u l a t e d b y b o t h g l u c o c o r t i c o i d s a n d T 3 t h r o u g h d i f f e r -e n t p a t h w a y s .

I n t r o d u c t i o n

G l y c o s a m i n o g l y c a n s ( G A G ) a r e c o m p l e x s u g a r s t h a t c o m p r i s e

d e r m a l g r o u n d s u b s t a n c e   1 ) . W h i l e t h e m e c h a n i s m s i n v o l v e d

i n t h e s y n t h e s i s a n d t h e b i o l o g i c a l r o l e o f GAG r e m a i n

c o n t r o v e r s i a l , some human d i s e a s e s a r e a s s o c i a t e d w i t h a n

a b n o r m a l a c cu m ul a t i o n o f t h e s e s u b s t a n c e s : M a r f a n s s y n d r o m e  2 ) , G r a v e s d i s e a s e ( 3 ) , a n d h y p o t h y r o i d i s m   4 ) .

Human s k i n f i b r o b l a s t s a r e e a s i l y o b t a i n e d , c a n b e p r o p a -

g a t e d i n t i s s u e c u l t u r e , a n d s y n t h e s i z e l a r g e a m o u n t s o f GAG,

o f w h i c h h y a l u r o n a t e ( H A ) p r e d o m i n a t e s ( 5 ) . A b n o r m a l GAG

a c c u m u l a t i o n h a s b e e n r e p o r t e d i n f i b r o b l a s t c u l t u r e s f r o m

p a t i e n t s w i t h o s t e o g e n e s i s i m p e r f e c t a ( 6 ) , M a r f a n s s y n d r o m e

  7 ) , a n d r h e u m a t o i d a r t h r i t i s ( 8 ) . My c o l l e a g u e s a n d I d e m -

o n s t r a t e d r e c e n t l y t h a t 3 , 3 ' , 5 t r i i o d o t h y r o n i n e ( T 3 ) , t h e b i o l o g -i c a l l y a c t i v e t h y r o i d h o r m o n e , c o u l d i n h i b i t a c c u m u l a t i o n o f

HA i n s k i n f i b r o b l a s t c u l t u r e s i n c u b a t e d i n medium s u p p l e -

m e n t e d w i t h t h y r o i d h o r m o n e - d e p l e t e d s e r u m ( 9 ) . T h i s i n h i -b i t i o n w a s b o t h t i m e - a n d d o s e - d e p e n d e n t , s a t u r a b l e a t a

p h y s i o l o g i c c o n c e n t r a t i o n o f T 3 , a n d w a s a c o n s e q u e n c e o f a

d e c r e a s e d r a t e o f s y n t h e s i s r a t h e r t h a n a n i n c r e a s e d r a t e o fGA G d e g r a d a t i o n ( 1 0 ) . T h e s k i n f i b r o b l a s t c u l t u r e d e p l e t e d o f

t h y r o i d h o r m o n e may t h u s b e a n i n v i t r o m o d e l o f humanm y x e d e m a .

1 . A b b r e v i a t i o n s u s e d i n t h i s p a p e r : D e x , d e x a m e t h a s o n e ( 1 , 4 p r e g n a d i e n -9 - f l u o r o - 1 6 a - m e t h y l - I I f l , 1 7 a , 2 I - t r i o l - 3 , 2 0 - d i o n e ) ; DOC, 1 1 - d e o x y c o r -t i c o s t e r o n e ( 2 1 - h y d r o x y - 4 - p r e g n e n e - 3 , 2 0 - d i o n e ) ; GAG, g l y c o s a m i n o -

g l y c a n ; H A , h y a l u r o n i c a c i d ; 1 I a - h y d r o c o r t i s o n e , e p i c o r t i s o l   I 1 a , 1 7 , 2 1 -

t r i h y d r o x y - 4 - p r e g n e n e - 3 , 2 0 - d i o n e ) ; T 3 , 3 , 3 ' , 5 - L - t r i i o d o t h y r o n i n e ; T 4 ,t h y r o x i n e , 3 , 3 ' , 5 , 5 ' - L - t e t r a i o d o t h y r o n i n e ; T x - B s , s e r u m f r o m t h y r o i d -e c t o m i z e d c a l v e s .

2 1 5 7 G l u c o c o r t i c o i d R e g u l a t i o n o f G l y c o s a m i n o g l y c a n

J . C l i n . I n v e s t .© T h e A m e r i c a n S o c i e t y f o r C l i n i c a l I n v e s t i g a t i o n , I n c .0 0 2 1 - 9 7 3 8 / 8 4 / 1 2 / 2 1 6 3 / 1 4   1 . 0 0V o l u m e 7 4 , D e c e m b e r 1 9 8 4 , 2 1 5 7 - 2 1 6 3