Keratins are intermediate filament–forming proteins that provide mechanical support and fulfill a variety of additional functions in epithelial cells. In 1982, a nomenclature was devised to name the keratin proteins that were known at that point. The systematic sequencing of the human genome in recent years uncovered the existence of several novel keratin genes and their encoded proteins. Their naming could not be adequately handled in the context of the original system. We propose a new consensus nomenclature for keratin genes and proteins that relies upon and extends the 1982 system and adheres to the guidelines issued by the Human and Mouse Genome Nomenclature Committees. This revised nomenclature accommodates functional genes and pseudogenes, and although designed specifically for the full complement of human keratins, it offers the flexibility needed to incorporate additional keratins from other mammalian species.

Previously we demonstrated that transgenic mice expressing mutant basal epidermal keratin genes exhibited a phenotype resembling a group of autosomal dominant human skin disorders known as epidermolysis bullosa simplex (EBS). EBS diseases affect ∼1: 50,000 and are of unknown etiology, although all subtypes exhibit blistering arising from basal cell cytolysis. We now demonstrate that two patients with spontaneous cases of Dowling-Meara EBS have point mutations in a critical region in one (K14) of two basal keratin genes. To demonstrate function, we engineered one of these point mutations in a cloned human K14 cDNA, and showed that a K14 with an Arg-125→Cys mutation disrupted keratin network formation in transfected keratinocytes and perturbed filament assembly in vitro. Since we had previously shown that keratin network perturbation is an essential component of EBS diseases, these data suggest that the basis for the phenotype in this patient resides in this point mutation.

To explore the relationship between keratin gene mutations and genetic disease, we made transgenic mice expressing a mutant keratin in the basal layer of their stratified squamous epithelia. These mice exhibited abnormalities in epidermal architecture and often died prematurely. Blistering occurred easily, and basal cell cytolysis was evidence at the light and electron microscopy levels. Keratin filament formation was markedly altered, with keratin aggregates in basal cells. In contrast, terminally differentiating cells made keratin filaments and formed a stratum corneum. Recovery of outer layer cells was attributed to down-regulation of mutant keratin expression and concomitant induction of differentiation-specific keratins as cells terminally differentiate, and the fact that these cells arose from basal cells developing at a time when keratin expression was relatively low. Collectively, the pathobiology and biochemistry of the transgenic mice and their cultured keratinocytes bore a resemblance to a group of genetic disorders known as epidermolysis bullosa simplex.

Injury to stratified epithelia causes a strong induction of keratins 6 (K6) and 16 (K16) in post-mitotic keratinocytes located at the wound edge. We show that induction of K6 and K16 occurs within 6 h after injury to human epidermis. Their subsequent accumulation in keratinocytes correlates with the profound reorganization of keratin filaments from a pan-cytoplasmic distribution to one in which filaments are aggregated in a juxtanuclear location, opposite to the direction of cell migration. This filament reorganization coincides with additional cytoarchitectural changes and the onset of re-epithelialization after 18 h post-injury. By following the assembly of K6 and K16 in vitro and in cultured cells, we find that relative to K5 and K14, a well-characterized keratin pair that is constitutively expressed in epidermis, K6 and K16 polymerize into short 10-nm filaments that accumulate near the nucleus, a property arising from K16. Forced expression of human K16 in skin keratinocytes of transgenic mice causes a retraction of keratin filaments from the cell periphery, often in a polarized fashion. These results imply that K16 may not have a primary structural function akin to epidermal keratins. Rather, they suggest that in the context of epidermal wound healing, the function of K16 could be to promote a reorganization of the cytoplasmic array of keratin filaments, an event that precedes the onset of keratinocyte migration into the wound site.

We have recently developed an immunoassay that can measure thyroxine rapidly and accurately in the eluate of 40 mul of dried blood spotted on filter paper at the fifth day of life. The method is completely automated and by using the samples received by the Central Laboratory of the Quebec Network for Genetic Medicine and their follow-up facilities, we are now screening every newborn in the province of Quebec for neonatal hypothyroidism. To date, from 47,000 measurements, three newborn infants with abnormally low TBG and seven hypothyroid infants have been detected. From these data we conclude that the frequency of congenital hypothyroidism is about one in 7,000 births and that our method is effective in detecting thyroid hormone abnormalities with an acceptable percentage of false positive measurements; no false negative results have occurred to our knowledge.

Abstract Keratin 17 ( KRT17 ; K17), a non-lamin intermediate filament protein, was recently found to occur in the nucleus. We report here on K17-dependent differences in nuclear morphology, chromatin organization, and cell proliferation. Human tumor keratinocyte cell lines lacking K17 exhibit flatter nuclei relative to normal. Re-expression of wildtype K17, but not a mutant form lacking an intact nuclear localization signal (NLS), rescues nuclear morphology in KRT17 null cells. Analyses of primary cultures of skin keratinocytes from a mouse strain expressing K17 with a mutated NLS corroborated these findings. Proteomics screens identified K17-interacting nuclear proteins with known roles in gene expression, chromatin organization, and RNA processing. Key histone modifications and LAP2β localization within the nucleus are altered in the absence of K17, correlating with decreased cell proliferation and suppression of GLI1 target genes. Nuclear K17 thus impacts nuclear morphology with an associated impact on chromatin organization, gene expression, and proliferation in epithelial cells. Summary Keratin 17 (K17) is one of two non-lamin intermediate filament proteins recently identified to localize to and function in the cell nucleus. K17 is here shown to regulate nuclear morphology, chromatin organization, LAP2 localization, and cell proliferation.

Abstract Neutrophils contribute to the pathogenesis of chronic inflammatory skin diseases. Little is known about the source and identity of the signals mediating their recruitment in inflamed skin. We used the phorbol ester TPA and UVB, alone or in combination, to induce sterile inflammation in mouse skin and assess whether keratinocyte-derived signals impact neutrophil recruitment. A single TPA treatment results in a neutrophil influx in the dermis that peaks at 12h and resolves within 24h. A second TPA treatment or a UVB challenge, when applied at 24h but not 48h later, accelerates, amplifies, and prolongs neutrophil infiltration. This transient amplification response (TAR) is mediated by local signals in inflamed skin, can be recapitulated in ex vivo culture, and involves the K17-dependent sustainment of protein kinase Cα (PKCα) activity and release of neutrophil chemoattractants by stressed keratinocytes. We show that K17 binds RACK1, a scaffold essential for PKCα activity. Finally, analyses of RNAseq data reveal the presence of a transcriptomic signature consistent with TAR and PKCα activation in chronic inflammatory skin diseases. These findings uncover a novel, transient, and keratin-dependent mechanism that amplifies neutrophil recruitment to the skin under stress, with direct implications for inflammatory skin disorders.

Abstract Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K (HNRNPK) regulates pre-mRNA processing and long non-coding RNA localization in the nucleus. It was previously shown that shuttling of HNRNPK to the cytoplasm promotes cell proliferation and cancer metastasis. However, the mechanism of HNRNPK cytoplasmic localization, its cytoplasmic RNA ligands, and impact on posttranscriptional gene regulation remain uncharacterized. Here we show that the intermediate filament protein Keratin 19 (K19) directly interacts with HNRNPK and sequesters it in the cytoplasm. Correspondingly, in K19 knockout breast cancer cells, HNRNPK does not localize in the cytoplasm, resulting in reduced cell proliferation. We mapped cytoplasmic HNRNPK target mRNAs using PAR-CLIP where transcriptome data to show that, in the cytoplasm, HNRNPK stabilizes target mRNAs bound to the 3’ untranslated region at the expected C-rich sequence elements. Furthermore, these mRNAs are typically involved in cancer progression and include the p53 signaling pathway that is dysregulated upon HNRNPK knockdown or K19 knockout. This study identifies how a cytoskeletal protein can directly regulate gene expression by controlling subcellular localization of RNA binding proteins to support pathways involved in cancer progression.