Epidermaler Differenzierungskomplex

Als "Epidermaler Differenzierungskomplex", kurz auch EDC benannt, wird eine Genfamilie bezeichnet, die auf dem Chromosom 1 in der Region 1q21 zusammengefasst ist. Die dort ansässigen Gene und Genfamilien werden EDC-Gene benannt und liegen als Cluster vor (s.u. LCE3A-B-C). Diese Anordnung wird auch als Genkomplex bezeichnet. Bei dem epidermalen Differenzierungskomplex sind inzwischen über fünfzig Gene bekannt, die für Proteine kodieren, die an der terminalen Differenzierung und Verhornung von Keratinozyten beteiligt sind. Die von den EDC-Genen kodierten Proteine sind in ihrer Funktion eng miteinander verwandt und gehören evolutionär gesehen zu drei verschiedenen Genfamilien:

• die „cornified envelope precursor Familie“
• die S100 Proteinfamilie
• die Familie der S100-Fusionsproteine (SFTP).

Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Häufung von EDC-Genen auf Duplikationsereignisse zurückzuführen ist, die während der Anpassung an die terrestrische Umwelt evolutionär begünstigt wurden. EDC-Proteine sind an einer Reihe von Hauterkrankungen beteiligt, darunter Ichthyosis vulgaris, atopische Dermatitis und Psoriasis.

Cornified envelope precursor Familie: Die Familie der Vorläufer der „Cornified Envelope“ umfasst Gene die für die Proteine kodieren, die die sog. „Cornified Envelope“ bilden. Die Cornified Envelope (CE) ist eine vernetzte Matrix, die terminal differenzierte Plattenepithelzellen nach dem Verhornungsprozess umgibt. Die CE-Vorläuferproteine werden durch Transglutaminasen vernetzt. Das Verhältnis der CE-Vorläuferproteine variiert von Gewebe zu Gewebe (Kypriotou M et al. 2012). In der Epidermis ist Loricrin (65-70 %) die häufigste CE-Komponente, während Involucrin eine untergeordnete Komponente ist (<5 %). Die anderen CE-Proteine werden als kleine prolinreiche (SPRR) Proteine klassifiziert, von denen eine Untergruppe die Gruppe der späten Verhornungshüllenproteine (LCE) ist (Kypriotou M et al. 2012). Folgende Proteinfamilien sind an dem EDC beteiligt:

• Cornified envelope precursor Familie:  Involucrin (IVL); Loricrin (LOR); Small proline-rich proteins (SPRR proteins); SPRR1A (Cornifin A); SPRR1B (Cornifin B); SPRR2A; SPRR2B; SPRR2C; SPRR2D; SPRR2E; SPRR2F; SPRR2G; SPRR3; SPRR4
• Late cornified envelope proteins (LCE- Proteine): LCE1A; LCE1B; LCE1C; LCE1D; LCE1E; LCE1F; LCE2A; LCE2B; LCE2C; LCE2D; LCE3A; LCE3B; LCE3C; LCE3D; LCE3E; LCE41A; LCE5A; LCE6A; C1orf68
• S100-Proteine: Die S100-Familie besteht aus 17 Genen und 6 Pseudogenen. S100-Proteine enthalten zwei EF-Hand-Motive, die durch eine Scharnierregion getrennt sind. S100-Proteine haben verschiedene Funktionen und werden im Allgemeinen mit einer abnormen epidermalen Differenzierung in Verbindung gebracht. S100A8 und S100A9 (Calgranulin A bzw. B) dimerisieren und bilden Calprotectin.  Calprotectin,  Psoriasin (S100A7) und Koebnerisin (S100A7A) sind antimikrobielle Peptide. Weitere S 100-Proteine sind: S100A7L2; S100A8 (Calgranulin A); S100A9 (Calgranulin B); S100A10; S100A11; S100A12 (Calgranulin C); S100A13; S100A14; S100A16.
• SFTP family (S100-Proteine vom fusionierten Typ): Die Familie der S100-Proteine vom fusionierten Typ (SFTP) umfasst Gene, die hauptsächlich in geschichteten Epithelien exprimiert werden und eine Rolle bei der epithelialen Homöostase spielen. Wie die S100-Proteine enthalten auch die SFTPs zwei kalziumbindende EF-Hand-Motive. Aufgrund ihrer homologen Struktur werden sie auch als filaggrinähnliche Proteine bezeichnet: Filaggrin (FLG-Gen); Filaggrin-2 (FLG2); Trichohyalin (TCHH-Gen); Trichohyalin-like 1 (TCHHL1); Cornulin (CRNN); Repetin (RPTN); Hornerin (HRNR). 

Als "Epidermaler Differenzierungskomplex", kurz auch EDC benannt, wird eine Genfamilie bezeichnet, die auf dem Chromosom 1 in der Region 1q21 zusammengefasst ist. Die dort ansässigen Gene und Genfamilien werden EDC-Gene benannt und liegen als Cluster vor (s.u. LCE3A-B-C). Diese Anordnung wird auch als Genkomplex bezeichnet.

Die Gene dieser Familie erfüllen unterschiedliche Funktionen, sind jedoch gemeinsam an einer übergeordneten Aufgabe beteiligt und zwar dem komplexen Differenzierungsprozess der Epidermis. Die EDC-Gene kodieren sowohl interagierende Strukturproteine (s.a. Cornified envelope) als auch regulatorische Proteine der Epidermis.

Derartige Anordnungen im menschlichen Genom sind eher selten. Ein bekanntes Beispiel eines derartigen Genkomplexes ist der Komplex für die Haupthistokompatibilitätsgene (MHC, Major histocompatibility complex) des Menschen. Dieser Genkomplex ist auf dem Chromosom 6 lokalisiert. In der Region 6p21.3 werden mehr als 50 Gene gebündelt, die die komplexen Aufgaben der MHCs (Präsentation von Antigenen auf der Zelloberfläche, ihre Prozessierung und Einschleußung in die Zelle u.a.) erledigen.

Derartige Anordnungen wie für den EDC sind im menschlichen Genom eher selten.

Ein bekanntes Beispiel eines derartigen Genkomplexes ist der Komplex für die Haupthistokompatibilitätsgene (MHC, Major histocompatibility complex) des Menschen. Dieser Genkomplex ist auf dem Chromosom 6 lokalisiert. In der Region 6p21.3 werden mehr als 50 Gene gebündelt, die die komplexen Aufgaben der MHCs (Präsentation von Antigenen auf der Zelloberfläche, ihre Prozessierung und Einschleußung in die Zelle u.a.) erledigen.

Die Aktivität des Transkriptionsfaktor NFAT5 wird in Keratinozyten durch osmotischen Stress kontrolliert wird. Nach der Ablation von NFAT5 ist die Sekretion mehrerer Matrixproteinasen, einschließlich Metalloproteinase-3 (Mmp3) und Kallikrein-verwandter Peptidase 7 (Klk7), deutlich erhöht. Dieser Anstieg wurde zusammen mit einem Anstieg zahlreicher Mitglieder des "Epidermalen Differenzierungskomplexes" (EDC) festgestellt ( Muhammad K et al. 2021)

1. Hoffjan S et al. (2007). On the role of the epidermal differentiation complex in ichthyosis vulgaris, atopic dermatitis and psoriasis. British Journal of Dermatology 157: 441–449Kypriotou M et al. (2012) The human epidermal differentiation complex: cornified envelope precursors, S100 proteins and the 'fused genes' family. Experimental Dermatology 21: 643–649.

2. Mischke D et al. (1996) Genes Encoding Structural Proteins of Epidermal Cornification and S100 Calcium-Binding Proteins Form a Gene Complex ("Epidermal Differentiation Complex") on Human Chromosome 1q21". Journal of Investigative Dermatology 106: 989–992.

3. Muhammad K et al. (2021) NFAT5 Controls the Integrity of Epidermis. Front Immunol 12:780727.

4. Volz A et al. (1993) Physical Mapping of a Functional Cluster of Epidermal Differentiation Genes on Chromosome 1q21. Genomics 18: 92–99.