In vivo tracking of skin-derived immune cells in murine models of Psoriasis using Dendra2 photoconversion

Abstract

Psoriasis is a chronic, systemic and inflammatory skin disease with comorbidities including cardiovascular disease, inflammatory bowel disease and non-alcoholic fatty liver disease. However, whether skin-derived immune cells contribute directly to systemic pathology remains unclear. In this study, I established and validated Dendra2-based photoconversion as a robust in vivo platform for quantitative tracking of skin-derived immune cell trafficking across lymphoid and non-lymphoid organs in murine psoriasis models, providing direct mechanistic insight into how psoriatic inflammation influences systemic immunity. The method was first optimized in the acute IMQ-induced psoriasis model. Photoconversion of inflamed skin was feasible, non-invasive and did not alter disease progression. The red Dendra2 signal remained stable during tissue processing and flow cytometry, enabling sensitive detection of skin-derived immune cells. Analyses revealed that immune cells from the skin migrate primarily to draining lymph nodes and the spleen, with no detectable trafficking to distant organs such as the aorta or bone marrow. Application of the method to the chronic K14-IL-17Aind/+ model, which mimics sustained IL-17A-driven systemic inflammation originating from the skin, confirmed efficient labeling of immune cells in the skin. Dendra2-red+ cells were detectable in lymphoid organs and, at extremely low frequency, in the liver. Migratory populations in lymphoid organs were predominantly CD11b+ myeloid cells and T cells, whose proportions were largely unchanged during psoriatic inflammation. Even under chronic systemic inflammation, migration to distant organs, including the aorta, colon and liver, remained absent or minimal, demonstrating that organ inflammation is driven primarily by systemic cytokine-mediated immune activation and bone marrow-derived myeloid cell mobilization, rather than direct skin-to-organ immune cell trafficking. Overall, this work establishes Dendra2 photoconversion as a powerful and reliable tool for in vivo tracking of skin-derived immune cells and provides strong evidence that systemic IL-17A-driven inflammation, rather than immune cell egress from the skin, drives vascular, intestinal and hepatic pathology in psoriasis. These findings highlight the importance of targeting systemic IL-17A-driven inflammation to prevent psoriasis-associated comorbidities and establish a versatile platform for studying organ-organ immune cell crosstalk in chronic inflammatory disease.

Psoriasis ist eine chronische, systemische und entzündliche Hauterkrankung, die mit Begleiterkrankungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, entzündlichen Darmerkrankungen und nicht-alkoholischer Fettleber assoziiert ist. Ob Immunzellen aus der Haut direkt zur systemischen Pathologie beitragen, ist bislang unklar. In dieser Studie wurde die Dendra2-basierte Photokonversion als robuste in vivo Plattform etabliert und validiert, um die Wanderung von Immunzellen aus der Haut in lymphoide und nicht-lymphoide Organe in Psoriasis Mausmodellen quantitativ zu verfolgen. Die Methode wurde zunächst im akuten IMQ-induzierten Psoriasis-Modell optimiert. Photokonversion entzündeter Haut war realisierbar, nicht-invasiv und veränderte den Krankheitsverlauf nicht. Das rote Dendra2-Signal blieb stabil während Gewebeaufbereitung und Durchflusszytometrie, wodurch Immunzellen kommend aus der Haut nachweisbar waren. Analysen zeigten, dass Immunzellen aus der Haut primär in drainierende Lymphknoten und die Milz migrieren, während keine Wanderung in entfernte Organe wie Aorta oder Knochenmark nachweisbar war. Anwendung auf das chronische, psoriatische K14-IL-17Aind/+ Modell, das anhaltende IL-17A-getriebene systemische Entzündung aus der Haut nachahmt, bestätigte effiziente Markierung von Haut-residenten Immunzellen. Dendra2-rot+ Immunzellen wurden in lymphoiden Organen und in sehr geringer Häufigkeit in der Leber nachgewiesen. Die migrierenden Populationen in den lymphoiden Organen bestanden überwiegend aus CD11b+ myeloiden Zellen und T-Zellen, deren relative Anteile während psoriatischer Entzündung weitgehend unverändert blieben. Selbst unter chronischer, systemischer Entzündung blieb die Migration in entfernte Organe wie der Aorta and dem Kolon absent, was darauf hinweist, dass Organentzündung primär durch systemische Zytokin-vermittelte Immunaktivierung und Mobilisierung myeloider Zellen aus dem Knochenmark, nicht durch direkte Wanderung von Haut-infiltrierenden Immunzellen, getrieben wird. Diese Arbeit etabliert Dendra2-Photokonversion als leistungsfähiges Werkzeug zur in vivo Verfolgung von Immunzellen aus der Haut und liefert starke Evidenz, dass IL-17A-getriebene systemische Entzündung und nicht Auswanderung von Haut-residierenden Immunzellen, vaskuläre, intestinale und hepatische Pathologie bei Psoriasis verursacht. Die Ergebnisse betonen die Bedeutung der gezielten Therapie von systemischer IL-17A-getriebener Entzündung zur Prävention Psoriasis-assoziierter Komorbiditäten und bieten eine vielseitige Plattform zur Untersuchung von Organ-zu-Organ Immunzellen Crosstalk bei chronischen Entzündungserkrankungen.