Abstract Purpose Dry eye disease (DED) affects hundreds of millions worldwide. Proteoglycan 4 (PRG4) has been shown to improve signs and symptoms of DED in humans. The objectives of this study were to characterize endogenous PRG4 expression by telomerase-immortalized human corneal epithelial (hTCEpi) cells, examine how exogenous recombinant human PRG4 (rhPRG4) modulates cytokine and chemokine secretion in response to TNFα and IL-1β, explore rhPRG4 as a potential substrate and/or inhibitor of MMP-9, and to understand how experimental dry (EDE) in mice affects PRG4 expression. Methods PRG4 secretion was quantified by Western blotting and PRG4 expression by immunocytochemistry. Cytokine/chemokine release was measured by ELISA, and MMP-9 inhibition was quantified using an MMP-9 inhibitor kit. EDE was induced in mice, and PRG4 was visualized by immunohistochemistry in the cornea and Western blotting in lacrimal gland lysate. Results hTCEpi cells synthesize and secrete PRG4 in vitro , which is inhibited by TNFα and IL-1β. TNFα and IL-1β significantly increased secretion of cytokine IL-6 and chemokines IL-8, IP-10, RANTES, and ENA-78, and several of these chemokines were downregulated after cotreatment with rhPRG4. Fluorescently-labelled rhPRG4 was internalized by hTCEpi cells. rhPRG4 was not digested by MMP-9 and inhibited in vitro activity of exogenous MMP-9 both in solution and in the presence of human tears. Finally, EDE decreased corneal and lacrimal gland expression of PRG4. Conclusions These results demonstrate rhPRG4’s anti-inflammatory properties in the corneal epithelium and its contribution to ocular surface homeostasis, furthering our understanding of PRG4’s immunomodulatory properties in the context of DED inflammation.

Abstract Dry Eye Disease (DED) is a complex pathology affecting millions of people with significant impact on quality of life. Corneal inflammation, including via the NFκB pathway, plays a key etiological role in DED. Recombinant human proteoglycan 4 (rhPRG4) has been shown to be a clinically effective treatment for DED that has anti-inflammatory effects in corneal epithelial cells, but the underlying mechanism is still not understood. Our goal was to understand if rhPRG4 affects TNFα-stimulated inflammatory activity in corneal epithelial cells. We treated hTERT-immortalized corneal epithelial (hTCEpi) cells ±TNFα ±rhPRG4 and performed Western blotting on cell lysate and RNA sequencing. Bioinformatics analysis revealed that rhPRG4 had a significant effect on TNFα-mediated inflammation with potential effects on matricellular homeostasis. rhPRG4 reduced activation of key inflammatory pathways and decreased expression of transcripts for key inflammatory cytokines, interferons, interleu-kins, and transcription factors. TNFα treatment significantly increased phosphorylation and nuclear translocation of p65, and rhPRG4 significantly reduced both these effects. RNA sequencing identified FAT10, which has not been studied in the context of DED, as a key pro-inflammatory transcript increased by TNFα and decreased by rhPRG4. These results were confirmed at the protein level. In summary, rhPRG4 is able to downregulate NFκB activity in hTCEpi cells, suggesting a potential biological mechanism by which it may act as a therapeutic for DED.