Close
USC Libraries
University of Southern California
About
FAQ
Home
Collections
Login
USC Login
Register
0
Selected 
Invert selection
Deselect all
Deselect all
 Click here to refresh results
 Click here to refresh results
USC
/
Digital Library
/
University of Southern California Dissertations and Theses
/
Folder
Mechanisms of human skin cell migration and wound healing
(USC Thesis Other) 

Mechanisms of human skin cell migration and wound healing

doctype icon
play button
PDF
 Download
 Share
 Open document
 Flip pages
 More
 Download a page range
 Download transcript
Copy asset link
Request this asset
Request accessible transcript
Transcript (if available)
Content  
MECHANISMS OF HUMAN SKIN CELL MIGRATION AND WOUND HEALING  
 
 
 
by 
 
Chieh‐Fang Cheng 
 
A Dissertation Presented to the 
FACULTY OF THE GRADUATE SCHOOL 
UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA 
In Partial Fulfillment of the 
Requirements for the Degree 
DOCTOR OF PHILOSOPHY 
(PATHOLOGY) 
 
August 2008 
 
 
Copyright 2008            Chieh-Fang Cheng 
 

ii
Table of Contents 
List of Tables   iii 
List of Figures  iv 
Abstract   vi 
Chapter 1: Introduction   1 
Chapter 2: Profiling Motility Signal‐Induced Genes in Human   14 
Keratinocytes 
 Introduction   14 
 Materials and Methods   19 
 Results   25 
 Discussion   54 
Chapter 3: TGF α‐Stimulated Secretion of HSP90 α: Using LRP‐1/CD91   59 
 Receptor To Promote Human Skin Cell Migration Against  
 TGF β‐Rich Environment In Wound Healing 
 Introduction   59 
 Materials and Methods   63 
 Results    73 
 Discussion   107 
Chapter 4: Conclusion   115 
References          124 
 

iii
List of Tables 
Table 2‐1: TGF α- and insulin-regulated total and common genes 39 
Table 2‐2: Gene expression profile detected by microarray  42 
Table 2‐3: Primers for QPCR  47 
Table 2‐4: Gene expression profile verification by QRT‐PCR  48 
Table 3‐1: Purification of HK pro‐motility activity from HKC‐CM  72 

iv
List of Figures 
Figure 2‐1: TGF α and insulin‐stimulated keratinocyte migration on   27 
 type I collagen 
Figure 2‐2: TGF β blocked growth factor‐stimulated HK proliferation,   31 
 but not migration 
Figure 2‐3: A schematic representation of the overall design of approach  32 
Figure 2‐4: TGF β did not affect the early signaling by TGF α or insulin  35 
Figure 2‐5: The DNA microarray gene profile  40 
Figure 2‐6: Functional characterization of three secreted gene products   53 
 in HK migration 
Figure 3‐1: Secretion of TGF α‐treated HKCs promotes skin cell migration,  76 
 but not proliferation 
Figure 3‐2: Dose‐dependent pro‐motility effect of HKC‐CM  78 
Figure 3‐3: Identification of hsp90 α from HKC‐CM  81 
Figure 3‐4: Hsp90 α is secreted selectively by HKCs and has no mitogenic  86 
 effect 
Figure 3‐5: TGF α stimulates membrane translocation and secretion of   87 
 endogenous hsp90 α selectively in HKCs 
Figure 3‐6: Detailked Kinetics of TGF α stimulated membrane translocation   89 
 of hsp90 α in HKs 
Figure 3‐7: ATPase activity is required for hsp90 α secretion  92 
Figure 3‐8: The exosome pathway mediates TGF α‐induced membrane   94 
 translocation and secretion of hsp90 α in HKCs 

v
Figure 3‐9: The extracellular hsp90 α promotes cell migration independently    97 
 of ATP binding or ATPase activity 
Figure 3‐10: Hsp90 α promotes HKC migration mainly through its middle    98 
 domain 
Figure 3‐11: CD91 receptor mediates hsp90 α signaling to promote cell   103 
 migration 
Figure 3‐12: Extracellular hsp90 α bypasses the inhibitory effect of TGF β   106 
 on human dermal cell migration 
Figure 3‐13: A schematic summary: the TGF α > hsp90 α secretion > skin   109 
 cell migration >wound healing model 

vi
Abstract 
Skin cell migration is essential for skin wound healing. Steps for cell migration are 
often disrupted in non‐healing wounds, causing patient morbidity and even fatality. 
Currently‐available treatments are unsatisfactory. To identify novel wound‐healing 
targets, we took two approaches. First, we studied the migratory gene profiles in 
human keratinocytes (HKs). Second, we investigated secreted molecules from TGF α‐
stimulated  human  keratinoytes,  which  contained  a  strong  motogenic,  but  not 
mitogenic, activity. In the first study, the main challenge is to separate genes that are 
often  simultaneously  induced  by  pleiotropic  signals  of  a  given  growth  factor, 
including  migration,  proliferation  and  metabolism.  Therefore,  we  designed  the 
following steps. First, we took advantage of a unique response of HKs to TGF‐beta, 
which inhibits proliferation but not migration of the cells, to suppress selectively the 
proliferation signal‐responding genes. Second, we independently stimulated HKs 
with TGF‐alpha or insulin to identify the commonly regulated genes and eliminate 
TGF‐alpha‐ or insulin‐specific genes. Under these designs, we obtained the profiles 
of  early  genes  by  microarray  analyses,  followed  by  QRT‐PCR  validation  and 
subsequently  functional  characterizations  by  RNAi.  The  study  suggested  the 
importance  of  secretory  molecules  in  keratinocyte  migration  and  provided  the 
theoretical  basis  for  the  second  study.  In  the  second  study,  we  did  protein 

vii
purification for the conditioned medium from HKs and identified the heat shock 
protein‐90alpha (hsp90 α) as the factor fully responsible for the motogenic activity in 
keratinocyte  secretion.  TGF α  causes  a  rapid  membrane  translocation  and 
subsequent secretion of hsp90 α via the unconventional exosome pathway in the cells. 
The secreted hsp90 α promotes both epidermal and dermal cell migration through 
their surface receptor LRP‐1/CD91. The pro‐motility activity resides in the middle 
domain plus the charged sequence of hsp90 α, but independently of the ATPase 
activity. Most intriguingly, unlike canonical growth factors, the hsp90 α signaling 
overrides the inhibition of TGF β, an abundant inhibitor of dermal cell migration in 
skin wounds. This finding provides a long‐sought answer for how dermal cells 
migrate into the wound environment to build new connective tissues and blood 
vessels. Thus, secreted hsp90 α is potentially a new agent for wound healing. 
 

1
Chapter 1: introduction 
It was reported that more than 1.25 million people had burns and 6.5 million had 
chronic skin ulcers in the United States every year. The chronic skin ulcers are 
exacerbated by pressure, venous stasis, or diabetes mellitus. In severe cases, loss of 
integrity in large portions of the skin will lead to major disability or even death. It 
was estimated that the cost for treating unhealed wounds is more than $9 billion 
each year in the United States (Willnow et al. 1995). Therefore, treatments that can 
achieve rapid wound closure and normal appearance after recovery are in great 
demand.  
 
There are three phases in wound healing process – inflammation, tissue formation, 
and tissue remodeling. When skin is wounded, platelets secrete several mediators of 
wound healing to attract and activate neutrophils and macrophages. Several hours 
later, wound re‐epithelialization begins, in which the stationary epidermal human 
keratinocytes (HKs) undergo significant phenotypic alternation and start to migrate. 
Afterward,  the  migration  of  fibroblasts  in  the  dermis  is  involved  in  the  tissue 
remodeling phase (Singer and Clark 1999). These stages outline the fundamental 
role of cell migration in wound healing. 
 

2
The re‐epithelialization process is the key step for wound healing and is carried out 
by human keratinocytes (HKs), the major cell type in epidermis. Growth factors 
(GFs)  and  cytokines  regulate  HKs  migration  along  with  extracellular  matrices 
(ECMs). It is believed that ECMs initiate HKs migration through integrin signaling 
pathways, whereas GFs and cytokines further enhance HKs migration by binding to 
specific receptors in the presence of ECMs. GFs and cytokines reported to promote 
HKs migration include epidermal growth factor (EGF), insulin‐like growth factor‐1 
(IGF‐1),  keratinocyte  growth  factor  (KGF),  hepatocyte  growth  factor  (HGF), 
transforming growth factor‐α (TGF‐α), interleukin‐1 (IL‐1), and interleukin‐8 (IL‐8) 
(Li  et  al.  2004a).  On  the  other  hand,  different  ECMs  have  been  shown  to 
differentially  affect  HKs  migration.  Fibronectin  and  collagen  are  reported  to 
promote  HKs  migration,  whereas  laminin  is  reported  to  inhibit  HKs  migration 
(Woodley et al. 1988).  
 
GFs and ECMs at the wound are responsible for the transition of HKs from a 
stationary state to a migratory state (Eliceiri 2001). In healthy unwounded human 
skin, HKs are in contact with plasma. When human skin is wounded, HKs at the 
wound edges can encounter serum for the first time. It is likely that certain GFs in 
serum but not plasma can promote HKs migration. However, it is also possible that 

3
HKs at the cut edges interact with new ECM components that cause the transition of 
HKs. 
 
There is only one GF, platelet‐derived growth factor‐BB (PDGF‐BB), approved by 
FDA  for  treating  chronic  cutaneous  foot  ulcers  in  diabetic  patients.  Identifying 
potential factors for wound treatment is strongly demanded. Therefore, we decided 
to  screen  the  novel  factors  which  stimulate  HKs  migration  from  two  different 
approaches. First, we studied the early gene expression profile of migrating HKs. 
Second, we focused on the extracellular molecules secreted by migrating HKs. 
 
GFs stimulate cell migration by binding and activating specific cell surface receptors. 
The stimulating signal is transmitted through cytoplasmic signaling networks to the 
nucleus, leading to both up and down regulation of a variety of genes. These gene 
products  in  turn  act  either  intracellularly  or  extracellularly  as  the  ultimate 
“migration executers” to enhance cell migration. While a great deal has been studied 
about the cytoplasmic signaling pathways and individual genes that are critical for 
cell migration, there is a lack of systematic analysis of the gene expression profiles in 
migratory cells. Since most GFs are pleiotropic, e.g. a mitogen and motogen, the 

4
genes detected in the cells following GF stimulation are considered mixtures of 
genes for multiple cellular functions. Therefore, a major technical difficulty is how 
to distinguish the migration‐related genes from other migration unrelated genes.  
 
DNA microarray technology is a powerful new tool for investigating the expression 
of huge numbers of genes in a single cell type under different conditions, or multiple 
cell types under the same condition. With the ability to screen the expression of 
thousands of known gene at the same time, microarry assay has been widely used in 
gene  discovery,  disease  diagnosis,  drug  discovery,  and  toxicological  research. 
However, microarray assay requires complete experimental plan. Otherwise, the 
result may become inconclusive. 
 
In the past, several groups have tried to study the gene expression profiles for cell 
migration by using microarray assays. Berens’ group studied the genes regulated by 
ECM in human glioma cell lines. They compared the gene expression profiles of cells 
cultured on ECM or plastic and found that three groups of gene were regulated 
under the ECM treatment. The three groups of genes were related to cell motility, 
apoptosis, and cell cycle (Mariani et al. 2001). Condeelis’ group used an  in vivo 
invasion assay to study the metastasis of carcinoma in rat model. They injected rats 

5
with a needle containing EGF and matrigel to form an in vivo gradient to direct the 
migration of carcinoma cells, and later drew the migrated carcinoma cells around 
the needle, which were defined as highly invasive cells. They then isolated the 
RNAs and subjected them for microarray analyses. They found a gene Zip‐code 
binding  protein  (ZBP1)  which  is  highly  suppressed  in  invasive  cells.  In  their 
functional assay, they concluded that ZBP1 is important in polarizing the cells for 
migration (Wang et al. 2004). Martin’s group used an in vivo mouse model to study 
the gene expression profile in the cells surrounding the wound at different time 
points. They created incisional wounds on the mice back skin, and dissected for 
RNA extraction in the wound area at designed time points. They compared the gene 
expression  profiles  in  wild  type  mice  and  mutant  mice  without  inflammatory 
responses and found a total of 1,001 genes expressed differently in four different 
time  points  in  these  two  groups  of  mice.  After  categorizing  these  genes,  they 
concluded that inflammation is not a required process for wound healing in mice 
(Cooper et al. 2005). 
 
Based on the information above, our first approach in studying novel factors for 
HKs  migration  is  to  study  the  early  gene  expression  profile  in  migrating  HKs 
through using microarray. The detailed procedure is described in chapter 2. 

6
 
The second approach we used to identify the “migration executors” was to study the 
molecules secreted by migrating HKs in response to TGFα since TGFα is the most 
potent  GF  in  stimulating  HK  migration  (Li  et  al.  2006a).  We  chose  to  study 
extracellular factors based on the following two reasons: first, the microarray study 
showed that extracellular factors were extensively induced in response to GFs in 
migrating  HKs,  and  second,  for  the  purpose  of  clinical  treatment,  extracellular 
factors are easier to handle for drug design.  
 
Based on this idea, we primed HKs with TGFα and collected conditioned‐medium 
(HK‐CM).  We  showed  that  HK‐CM  contained  certain  active  ingredient(s)  to 
stimulate HK migration. We further fractionated the HK‐CM by using FPLC (fast 
protein liquid chromatography) system with four different ion exchange and gel 
filtration columns. With this approach, we identified hsp90α as the active ingredient 
in HK‐CM stimulating HK migration.  
 
Traditionally,  hsp90  is  known  as  an  abundant  intracellular  ATP‐dependent 
chaperone  protein,  which  composes  1~2%  of  the  protein  amount  in  cell  under 
nonstress conditions. There are two isoforms of hsp90, α and β. they have 86% of 

7
their amino acid sequences in common. Hsp90 is essential for stress tolerance and 
protein folding in the cells, and is necessary for the viability of the cells. Together 
with a number of cochaperones, hsp90 acts as specific chaperones for a wide range 
of client proteins such as: ErbB2, Src, Abl, Raf, Akt, cyclin‐dependent serine kinases, 
nuclear hormone receptors, and hypoxia‐inducible factor‐1 (HIF1). The functions of 
these  client  proteins  include  signal  transduction,  cell  cycle  regulation,  and 
transcription regulation. The major function of hsp90 is to mature the unfolded 
protein to a functional protein.  
 
The structure of hsp90 is divided into four regions: the amino‐terminus, the charged 
sequence, the middle domain, and the carboxyl‐terminus. The amino‐terminus binds 
ATP  and  is  responsible  for  the  ATPase  activity  of  hsp90.  ATP  triggers  a 
conformational change  in hsp90, which is required for cochaperones and client 
proteins  binding.  Geldanamycin  (GA) and  17‐allyaminogeldanamycin  (17‐AAG), 
two widely used inhibitors for hsp90, can also bind to the amino‐terminus. They 
compete with ATP for the ATP binding site and block the ATP dependent chaperone 
function of hsp90 (Prodromou et al. 1997). The carboxyl‐terminus is responsible for 
the  dimerization  of  hsp90,  which  is  also  required  for  intracellular  chaperone 
function of hsp90 (Richter et al. 2001b). Functions of the charged sequence and the 

8
middle domain of hsp90 were suggested involved in client protein binding (Ali et al. 
2006; Shiau et al. 2006).  
 
The most well‐known clinical role of hsp90 is in cancer therapy. It is known that the 
expression level of hsp90 is 2 to 10 fold higher in tumor cells compared to the 
expression level found in normal cells. The ATPase activity of hsp90 in tumor cells is 
higher than in normal cells. 17‐AAG selectively kills tumor cells by binding to hsp90 
within tumor cells with a higher affinity than in normal cells (Kamal et al. 2003). 
Based on these results, 17‐AAG is currently in phase II clinical trial for anti‐tumor 
therapy. 
 
Though extensive studies have been done on the intracellular role of hsp90, the 
extracellular  role  of  hsp90  is  less  studied.  However,  several  groups  reported 
functional extracellular hsp90 in different fields. Hsp90α is secreted from vascular 
smooth muscle cells in response to oxidative stress (Liao et al. 2000). Extracellular 
hsp90α is involved in fibrosarcoma cell invasion (Eustace et al. 2004). In addition, 
cell surface hsp90 is involved in neural cell migration and melanoma cell invasion 
(Sidera et al. 2004); (Stellas et al. 2007). 
 

9
Although many GFs stimulated skin cell migration in vitro, most of them failed to 
show any motogenic activity in vivo. Our primary goal would not be fulfilled if the 
newly identified hsp90α could not help wound healing in vivo. Therefore, before we 
began to study the mechanism of the extracellular motogenic activity of hsp90α, we 
tested the motogenic activity of hsp90α by an  in vivo mouse model. Our results 
showed that hsp90α is able to enhance wound healing process in mice (Li et al. 2007). 
With the supporting evidence, we studied the mechanism of releasing hsp90α in 
HKs and searched for downstream targets responsible for HK migration. 
 
The  finding  that  an  intracellular  chaperone  protein  stimulates  HK  migration 
extracellularly raised more questions.  How does hsp90α leave from HKs? Is it 
passively released from dead cells or actively secreted by stimulated cells? Is it 
hsp90α itself or the “cargo” it carries that stimulates HK migration? What is the 
downstream mechanism for the motogenic effect of hsp90α? In chapter 3, we show 
that 1) TGFα stimulates the secretion of exosome, which contains hsp90α, 2) purified 
hsp90α  stimulates  HK  migration  independent  of  its  ATPase  and  ATP  binding 
activities, and 3) secreted hsp90α binds to cell surface receptor CD91 to stimulate cell 
migration. 
 

10
Traditionally, the secretory proteins are synthesized with a small signal peptide, the 
signal recognition particle (SRP). Proteins with SRP will enter ER by binding to SRP 
receptor on ER. After entering the ER, the secretory proteins will translocate to the 
Golgi,  then  condense  in  trans‐Golgi  network  (TGN),  and  then  bud  from  TGN 
enveloped in a lipid bilayer. These small vesicles are known as secretory granules. 
The granules will mature, translocate to the cell membrane, and fuse with the cell 
membrane to release their proteins. This is known as the conventional exocytotic 
pathway. 
 
Recent studies have shown that certain proteins without SRP can also be secreted 
from cells by a non‐conventional pathway, known as exosome secretion. Exosomes, 
also referred to as the secreted intraluminal vesicles (ILVs), are nanovesicles (30‐
90nm in diameter) that reside in the internal lumen of multivesicular bodies (MVBs). 
These nanovesicles in MVBs are either fused to lysosomes for degradation or 
secreted to extracellular space for communication with other cells. Although heat 
shock proteins in exosomes have been found in conditioned‐media from B cells, 
tumor cells, reticulocytes, dendritic cells, and enterocytes, the mechanism for 
exosomal secretion remains unclear. (Clayton et al. 2005);(Mambula and  
 

11
Calderwood 2006);(Thery et al. 2002). In chapter 3, we show for the first time that 
secretion of exosomes can be driven by a growth factor TGFα. 
 
CD91 is also known as low density lipoprotein receptor related protein 1 (LRP1), 
which belongs to the low density lipoprotein (LDL) receptor family. In humans, 
there are ten members in the LDL receptor family. Most of them are known to 
participate  in  lipoprotein  uptake,  steroid  hormone  uptake,  regulation  of  Ca
2+
 
homeostasis, and cell surface protease activity (Herz and Bock 2002). In addition, 
very low density lipoprotein receptor (VLDLR) and apolipoprotein E receptor 2 
(APOER2/LRP8) are involved in Reelin regulated neuronal migration (Trommsdorff 
et  al.  1999);  LRP5  and  LRP6  are  involved  in  Wnt/β‐catenin  signaling  pathway 
(Kikuchi et al. 2007). 
 
 CD91/LRP1 is first synthesized as a 600kDa protein. The protein translocates to the 
ER and then to the Golgi apparatus as in conventional exocytotic pathway.  Finally, 
it is transported to the cell surface. During the process, CD91/LRP1 is cleaved into 
two non‐covalently linked subunits: the 515kDa α subunit and the 85kDa β subunit 
(Herz et al. 1988). The α subunit contains four extracellular ligand binding domains 
and is reported to bind more than 30 ligands, including lipoprotein, coagulating 

12
factors,  matrix  metalloproteinases  (MMPs),  complement  components,  bacterial 
exotoxins,  viral  proteins,  and  heat  shock  proteins.  The β  subunit  contains  the 
transmembrane domain and intracellular domain. There are two NPxY tyrosine 
phosphorylation sites that can transmit intracellular signaling. In addition, several 
adaptors and scaffold proteins, including Disabled‐1 (Dab1), FE65, Shc, and GULP, 
were  reported  to interact with  the  intracellular  domain  of  CD91.  Although  the 
mechanism remains unclear, CD91/LRP1 is known to 1) help endocytotic process 
that internalize the bound ligands into cells, and 2) activate downstream signaling 
pathways following ligands binding. 
 
CD91/LRP1, when bound to different extracellular ligands, was reported to function 
differently in various tissues. CD91/LRP1 is involved in lipid metabolism in the liver 
as a chylomicron remnant receptor (Willnow et al. 1995). It is reported to control cell 
proliferation in smooth muscle cells (Boucher et al. 2003); It is involved in controlling 
cell motility by binding to thrombospodin to signal focal adhesion (Orr et al. 2003). 
CD91/LRP1 regulates blood brain barrier permeability and calcium signaling in 
neurons (Yepes et al. 2003). It regulates inflammatory response in lungs (Gardai et al. 
2003). It is responsible for amyloid‐β peptide (Aβ) uptake in neurons and related to 
the pathogenesis of Alzheimer’s disease (Bu et al. 2006). It also elicits antigen specific 

13
cellular response by binding to heat shock proteins, including hsp90 (Basu et al. 
2001). Due to the multiple functions of CD91/LRP1 in different tissues, it is not 
surprising that CD91 KO mouse is embryonic lethal (Herz et al. 1992). 
 
The study presented here provides the gene expression profile for migrating HKs, 
which shows several potential factors that were induced in migrating HKs. Further 
detailed studies are required to reveal the roles of these factors in HK migration. In 
addition, the study provides a working mechanism for a novel extracellular factor, 
hsp90α, in stimulating migration of HKs and other skin cells. The study can serve as 
a basis for further studies in detailed mechanism of the motogenic activity of hsp90α 
as well as in clinical studies for treatment of patients with unhealed wounds. 
 

14
Chapter 2: Profiling Motility Signal-Induced Genes in Human
Keratinocytes  
 
Introduction 
Cell migration is the result of repeated cycles of cytoskeletal‐mediated protrusion 
and polarization, formation of adhesive contacts, cell contraction, and retraction at 
the trailing edge (Lauffenburger and Horwitz 1996). These sequential events are 
initiated  and  continuously  driven  by  two  extracellular  environmental  cues, 
extracellular  matrices  (ECMs)  and  soluble  growth  factors  (GFs)  (Schwartz  and 
Ginsberg 2002);(Eliceiri 2001). In response to a motility signal, a cell on an ECM 
substratum begins to show an initial protrusion of the plasma membrane at the cell’s 
leading edge by polymerizing actin filaments into a membrane structure called 
lamellepodia. Adhesive complexes , which are composed of clusters of integrin 
receptors, actin filaments and associated proteins at the plasma membrane, are then 
established. As the cell migrates, the adhesive complexes at the leading edge of the 
cell  develop  into  larger,  more  organized  complexes,  called  focal  adhesions 
(Gumbiner 1996). The focal adhesions then serve as points of traction over which 
body of the cell translocates toward the leading edge. Subsequent release from the 
ECM substratum at the rear of the cell allows the cell body to be displaced and 

15
consequently achieve a net step in the forward direction (Mitchison and Cramer 
1996).  Between  the  two  distinct  migration  cues,  i.e.  ECMs  versus  GFs,  Li  and 
colleagues showed that ECMs, but not GFs, initiate cell migration. In contrast, GFs 
optimize the ECM‐initiated cell migration and provide moving directionality (Li et 
al. 2004;  Wang et al. 2004). These studies suggest that haptotaxis (ECM‐driven) 
appears to be a prerequisite for chemotaxis (growth factor‐induced). Haptotaxis can 
occur  without  chemotaxis,  as  previously  reported  (Carter  1967).  However,  the 
reverse is not true. Chemotaxis cannot take place in the absence of ECMs .  
 
These regulations of cell migration are extremely important in the process of healing 
a  human  skin  wound,  since  epidermal,  dermal,  as  well  as  non‐resident  bone 
marrow‐derived, cells, must all migrate over or into the wound bed. In un‐wounded 
skin, the resident skin cells are nourished by a filtrate of plasma from dermal blood 
vessels. When skin is wounded, the resident cells in the wound encounter an acute 
environmental transition from plasma to serum for the  first time. Then, as the 
wound  heals,  wound  remodeling  initiates  new  blood  vessel  formation  and  a 
subsequent transition from serum back to plasma. Interestingly, the “plasma‐to‐
serum‐to‐plasma” transition coincides with the three classical phases of skin wound 
healing as previously described (Singer and Clark 1999). We reported previously 

16
that human serum, but not human plasma, promotes keratinocyte migration (Henry 
et al. 2003).  
 
Re‐epithelialization, the process by which HKs migrate over the wound bed and 
resurface the wound, is a central event that resolves problems associated with skin 
wounds, i.e. infection, water loss, metabolic disturbance, nutritional loss and pain.  
Re‐epithelialization largely depends upon the migration of HKs across a wound bed, 
in which the microenvironment (growth factors and connective tissue components) 
is  very  different  from  that  experienced  by  the  same  HKs  in  unwounded  skin 
(Woodley et al. 1993; Odland and Ross 1968). The physiological factors that induce 
HKs  to  migrate  from  the  wound  margins  are  not  fully  defined.  However,  we 
compared all reported HK pro‐motility factors and demonstrated that transforming 
growth factor‐alpha (TGF α) and insulin are the most potent ʺmotogensʺ in human 
serum that enhance ECM‐initiated HK migration (Li et al. 2004). HK migration 
occurs well before cell division that occurs only after a 36‐48 hour lag phase (Li et al. 
2004c). Within the wound bed, fibronectin and collagen are two extracellular matrix 
components capable of initiating HK migration.  Odland and Ross (Odland and Ross 
1968) demonstrated by electron microscopy that dramatic morphological changes 
occur when HKs transform from a stationary mode to a migratory mode. Stationary 

17
cells are polar and cuboidal shaped and exhibit desmosomal and hemidesmosomal 
connections. When the same cells are in a migratory mode, they flatten out, extend 
lamellipodia  with  a  ruffled  plasma  membrane,  dramatically  decrease  surface 
desmosomes  and  hemidesmosomes,  retract  their  tonofilaments  to  a  perinuclear 
location, increase surface gap junctions and dramatically assembly actin cables that 
form  belt‐like  structures  related  to  the  inner  aspects  of  the  plasma  membrane 
(Woodley et al. 1986).  
 
GFs stimulate cell migration by signal transduction from their cell surface receptors 
to cytoplasmic signaling networks and then to gene expression in the nucleus. The 
products of the newly expressed genes in turn will act either intracellularly or 
extracellularly to execute the motility signal initiated at the cell surface, resulting in 
cell migration. While a great deal has been learned about individual cytoplasmic 
signaling pathways or genes involved in the control of cell migration, there are 
limited studies that systematically analyze cell motility‐specific  gene profiles. The 
lack of this type of systematic analysis is largely due to technical problems of sorting 
out the inseparable pleiotropic effects of a given GF, such as mitogenic, motogenic 
and factor‐specific effects. In this study, we have designed and used a unique
 

18
approach  to  separate  migration  signal‐regulated  genes  from  genes  unrelated  to 
migration and yet induced by the same GF.   

19
 
Materials and Methods 
Primary  human  keratinocytes  (HKs)  were  purchased  from  Cascade  Biologics 
(Portland,  OR)  and  cultured  in  Epilife  supplemented  with  human  keratinocyte 
growth supplements (HKGS), according to the manufacturer’s instruction. HKs at 
passage 4 to 5 were used in all experiments. Native rat‐tail type I collagen was from 
BD Biosciences (Bedford, MA). Recombinant human TGF α was from R&D systems 
Inc.  (Minneapolis,  MN).  Recombinant  human  insulin  was  from  GIBCO  (Grand 
Island,  NY).  Human  Genome  U133A  2.0  GeneChip  Array  was  obtained  from 
Affymetrix  (Santa  Clara,  CA).  Colloidal  gold  (gold  chloride,  G4022)  was  from 
SIGMA (St. Louis,  MI). Anti‐phospho‐Smad2/3 antibody was from Cell  Signaling 
(Danvers, MA). Anti‐human MMP10 antibody was from Chemicon (Temecula, CA). 
Anti‐human  HB‐EGF  antibody  was  from  R&D  systems.  Anti‐human  CXCL3 
antibody was from Aviva Systems Biology (San Diego, CA). Restriction enzymes, T4 
DNA ligase were from New England BioLabs (Beverly, MA). Plasmid Midi Kit was 
from Promega (Madison WI). XL‐10 Gold Ultra competent cells (XL‐10 Gold) were 
from STRATAGENE (Kingsport, TN).  
 
 

20
Treatment of HKs with stimulators and inhibitors 
HKs were seeded on collagen I pre‐coated tissue culture plates (150 mm) around 
45% confluence (~ 2.5 X 10
6
 cells) in complete medium and incubated overnight. The 
next day, the cells (~ 4.5 X 10
6
 cells) were deprived of GFs and incubated in serum‐
free medium for 16 hours to arrest the cells at G0/G1 phase. The cells were then 
washed with pre‐warmed serum‐free medium and incubated in fresh serum‐free 
medium containing 20 ng/ml TGF β for 20 min at 37
o
C to block the expression of 
growth signal‐related genes. TGF α or insulin was added (in the continued presence 
of TGF β) for 30 min, 60 min and 120 min. At the end of each stimulation time point, 
the cells were washed with ice‐cold PBS to halt the stimulation and subjected to 
RNA isolation,  as  described  below.  Duplicate  plates  (100  mm)  under  the  same 
conditions were  subjected  to immunoblotting analyses for  phosphotyrosine and 
phospho‐Smad proteins.       
 
RNA extraction and microarray 
Total RNA was extracted from HKs using the RNeasy mini kit (Qiagen) following 
the  manufacturer’s  User  Manual.  After  confirming  the  RNA’s  quality  by 
260nm/280nm ratio of spectrometer readings and by RNA electrophoresis, the RNA 
was  used  for  microarray  processing  on  a  Human  Genome  U133A  2.0  Array 

21
containing 22,000 oligonucleotide probe sets. This array represents 18,400 transcripts 
and variants, including 14,500 well‐characterized human genes. Briefly, RNA was 
hybridized  with  a  T7‐(dT)  promoter  and  reverse‐transcribed  to  cDNA  by 
Superscript II reverse transcriptase (200U/ µl). Second‐strand cDNA was synthesized 
by DNA polymerase I. For in vitro reverse transcription, T7 RNA polymerase and 
biotin‐labeled  ribonucleotides  were  also  added.  The  synthesized  biotin‐labeled 
cRNA was fragmented and then hybridized to probe the array at 45 
o
C for 16 hr. The 
data were analyzed by using DCHIP software (Li and Hung Wong 2001). The signal 
for each probe was verified by PM/MM ratio and reported as present, marginal, or 
absent. One to one comparisons were performed with samples from control versus 
growth‐factor‐treated cells. The data were discarded if  signals were absent in both 
groups. The comparison of expression level of each gene between growth factor 
treatment  and  control  was  analyzed  by  SScore,  a  program  from  Bioconductor 
(Kennedy et al. 2006), and genes with p<0.05 were selected. The expression pattern 
of selected genes were summarized by hierarchical clustering analysis (Eisen et al. 
1998).  The entire DNA array experiment was repeated from cell culture to data 
analyses and the data of consensus among the experiments was presented.  
 
 

22
Quantitative RT‐PCR 
Extracted  total  RNA  was  first  subjected  to  reverse‐transcription  assays  using 
TaqMan  Reverse  Transcription  Reagents  with  oligo  d(T)16  as  the  primer.  The 
detailed  procedure  was  as  described  in  the  User  Manual  (Applied  Biosystems, 
Branchburg, NJ). Real‐time PCR was performed using SYBR Green PCR Master Mix. 
The reactions were performed in 384‐well clear optical reaction plates in the 7900HT 
system and exported by the SDS 2.1 program. All the instruments and reagents 
related  to  reverse‐transcription  reaction  and  real‐time  PCR  were  from  Applied 
Biosystems. Primers for real‐time PCR were designed using the on‐line program 
PrimerQuest from Integrated DNA Technology, Inc. (Coralville IA). 
 
RNAi design and delivery by lentiviral system FG12 
The RNAi Selection Program, as described previously (Yuan et al. 2004), was used to 
identify  possible  RNAi  target  sequences,  which  were  then  scored  as  reported 
(Reynolds et al. 2004). The selected RNAi sequences against MMP10 and HB‐EGF, 
two well‐known pro‐motility factors, and CXCL3, a less characterized gene in HK 
migration, were synthesized and cloned into the lentiviral RNAi delivery vector, FG‐
12 (Qin et al. 2003).  Transfection and virus stock production were as described 
previously by us (Qin et al. 2003). The gene transduction efficiency was analyzed 

23
under a fluorescent microscope for a co‐expressed GFP (green fluorescent protein) 
marker gene on the same vector. The selected RNAi sequences (sense) against the 
three selected genes were: for human MMP10 was previously reported (Meyer et al. 
2005), for human HB‐EGF, GAAGUUGGGCAUGACUAAU and for human CXCL3, 
GUCCGUGGUCACUGAACUG. Down‐regulation of the gene products was verified 
by  immunoblotting analyses with antibodies against MMP10, HB‐EGF or CXCL3.  
 
Colloidal gold migration assay 
The colloidal gold migration assay was initially described by Albrecht‐Buehler (1977) 
and modified by Woodley et al (1988). In short, cells are plated in plastic plates pre‐
coated with colloidal gold particles and various ECMs, treated with different kinds 
of GFs, incubated at 37
0
C, and fixed with 1% formaldehyde after migration. Cells 
that migrate during the period of time would ingest the colloidal gold particle and 
clear out a “track” on the path they migrated. The size of migration tracks are 
analyzed by computer‐based analyzing system. The motility of cells is defined by 
migration index, which is calculated from 20 migration tracks. 
 
 

24
DNA synthesis assays 
To measure DNA synthesis, indicated cells were plated in 24‐well tissue culture 
plates pre‐coated with collagen in triplicates, starved in serum‐free media for 24 
hours and incubated with either indicated growth factors or HKC‐CM for 12 hours. 
Stimulated cells were incubated [
3
H]‐thymidine for 6 hours. Induced DNA synthesis 
was measured by incorporation of [
3
H]‐thymidine into chromosomal DNA by using 
liquid scintillation analyzer from Packard instrument company (Downers Grove, IL). 

25
 
Results 
Strategy #1 for identification of HK motility‐specific gene expression: dual pro‐
motility growth factor stimulation  
A major challenge for identifying a cell migration‐specific gene profile is to separate 
migration signal‐regulated genes from migration‐unrelated, but often co‐expressed, 
genes in  response to the same growth factor stimulation, such as proliferation‐
related genes or genes involved in factor‐specific responses (such as glucose uptake 
genes specifically induced by insulin, but not by other growth factors). We have 
previously shown that migration of primary human keratinocytes (HKs) could be 
equally stimulated by more than one growth factors, specifically TGF α and insulin 
(Li et al. 2006). This property would allow us to select for the commonly‐regulated 
genes by both growth factors and, at the same time, to eliminate factor‐specific genes. 
Therefore, we selected TGF α and insulin as two parallel migration‐promoting cues 
to induce independently gene expression in HKs.  
 
We first wanted to determine what time points of the growth factor stimulation 
should be used and why. The time course of TGF α and insulin‐stimulated HK 
migration, as shown in Fig. 2‐1A, revealed that, for the initial 60 minutes following 

26
stimulation, there was little detectable enhancement of HK migration in response to 
either TGF α (diamond‐filled bars) or insulin (solid black bars) over collagen control 
(open bars). A significant stimulation of HK migration became evident 120 minutes 
after  TGF α  or  insulin  stimulation  (bars  11  and  12  vs.  10).  These  observations 
suggested that, following the addition of a growth factor, quiescent HKs need at 
least 60 minutes of ”cellular preparation” prior to exhibiting induced migration. To 
test  if  de  novo  protein  synthesis  is  required,  we  treated  HKs  with  increasing 
concentrations of the protein synthesis inhibitor cycloheximide, and subjected the 
cells to migration assays in response to TGF α or insulin. As shown in Fig. 2‐1B, 
cycloheximide inhibited both TGF α‐stimulated (bars 3, 4, 5) and insulin‐stimulated 
(bars 7, 8, 9) HK migration in a dose‐dependent manner. The inhibitory effects were 
not due to cellular cytotoxicity, because more than 94% of the cells survived in fresh 
medium  after  removal  of  cycloheximide.  We  decided  to  focus  on  the  gene 
expression profiles following 30 minute (to detect immediately early genes, or IEGs), 
60 minute (early genes, or EGs) and 120 minute (delayed early genes, or DEGs) 
stimulation of HKs by TGF α and insulin . Growth factor‐induced IEGs, EGs and 
DEGs have previously been well defined by Stiles and Herschman (Rollins and 
Stiles 1989; Herschman 1991).  

27
Fig. 2‐1. TGF α and insulin‐stimulated keratinocyte migration on type I collagen. 
HKs were serum starved overnight and subjected to colloidal gold migration assays 
in the presence or absence of TGF α and insulin. Only Migration Index (MI) is 
presented. (A) The migration of keratinocytes was time‐dependent in response to 
TGF α or insulin. HKs showed significant migration after 2 hours of growth factor 
stimulation. (B) Cycloheximide was added as indicated concentrations to the cells 30 
minutes prior to growth factor stimulation. Presence of cycloheximide inhibited HK 
migration  stimulated  by  TGF α  or  insulin  in  a  dose‐dependent  manner,  in 
comparison to control (lanes 1, 2, 6) (*p <0.001).  

28
B.
A.
10
20
Migration   Index  (%)
*
*
*
*
15 min 30 min 60 min 120 min 240 min
Col.
Col. + TGF α
Col. + Insulin
0
10
20
30
40
Migration Index (%)
*
*
*
*
*
*
1        2       3       4       5      6      7      8      9
TGF α:      - +      +        +      +      - - - -
Ins:      - - - - - +      +      +      +
CHX ( µg/ml) CHX ( µg/ml)
0       5       15    45
0      5     15     45
1    2     3          4     5    6         7     8    9        10   11   12       13   14  15
 

29
Strategy #2 for identification of migration‐specific gene expression: using TGF β to 
suppress proliferation signal‐induced genes  
As mentioned previously, many growth factors stimulate both proliferation and 
migration in HKs, like TGF α and insulin. To separate these two major signaling 
events and focus on the migration‐specific genes, we took advantage of our previous 
observation  that  TGF β  inhibits  serum‐stimulated  HK  proliferation,  but  not 
migration (Sarret et al. 1992). To verify if this is also true for TGF α‐ and insulin‐
stimulated proliferation versus migration in HKs, we carried out HK migration and 
proliferation assays in the presence or absence of TGF β. In the same experiments, 
human dermal fibroblasts (HDFs) were included as a control. As shown in Fig. 2‐2, 
TGF β inhibited the proliferation of both TGF α‐stimulated HKs (panel a) and PDGF‐
BB‐stimulated HDFs (panel b) in a dose dependent fashion. As previously shown 
(Badyopahdhay  et  al.  2006),  TGF β  also  inhibited  PDGF‐BB‐stimulated  HDF 
migration  (panel  c). However, TGF β  was  unable to  block  TGF α‐stimulated HK 
migration  (panel  d).  Similar  results  were  obtained  for  insulin‐stimulated  HK 
migration (data not shown). Thus, in HKs, TGF α and insulin signaling to promote 
proliferation and migration can be separated by the presence of TGF β. This unique 
property  of  HKs  became  extremely  useful  for  our  purpose  of  identifying  the 
migration‐specific gene profiles in the cells.  

30
 
Final design of approach  
Based on the observations of i) dual GF stimulation and ii) selective inhibition of HK 
proliferation by TGF β, the entire design of our approach is schematically shown in 
Figure 2‐3. We carried out the following sequential experimental approaches, aiming 
to identify migration‐specific gene profiles: 1) HKs were to be pre‐treated with TGF β 
to block cell proliferation and, therefore, the expression of key growth‐related genes. 
2) The cells, then, were to be stimulated with TGF α or insulin for 30, 60 and 120 
minutes. 3) Total RNA was to be isolated from the cells and subjected to DNA 
microarray  analyses. 4)  Commonly  regulated  genes  and  factor‐specific  genes in 
response to both TGF α and insulin were to be identified. Steps 1 to 4 were to be 
repeated using fresh cell cultures, prior to  step 5. 5) Twelve genes were to be 
randomly selected and subjected to QRT‐PCR verification.  

31
 
Fig.  2‐2.  TGF β  blocked  growth  factor‐stimulated  HK  proliferation,  but  not 
migration. Colloidal gold migration assay and DNA synthesis assay were carried 
out as described by us previously (Bandyopahdhay et al. 2006). (A‐D) TGF β blocked 
growth factor‐induced proliferation of HKs and dermal fibroblasts (DFs) in a dose‐
dependent manner (panels A and B). However, TGF β selectively blocked growth 
factor‐induced migration of DFs, but not HKs (panel C, D). The experiments were 
repeated more than 3 times. 
 

32
Fig. 2‐3. A schematic representation of the overall design of approach. 
TGF α and insulin are two potent stimulators of keratinocyte migration. Therefore, 
dual stimulation with both GFs were used to eliminate the factor‐specific (FS) genes, 
such as insulin‐specific genes involved in glucose uptake. TGF β selectively inhibit 
TGF α‐ or insulin‐stimulated proliferation, but not migration, of human keratinocyte, 
preventing  growth‐specific  (GS)  gene  expression.  After  two  layers  of  “gene 
filtration”, motility‐specific (MS) gene profiles are anticipated. 
 

33
 
To  investigate  whether  the  early  signaling  pathways  (i.e.  prior  to  transcription 
activation) of TGF α and insulin are affected by the co‐presence of TGF β, the lysates 
of cells, which were serum‐starved and GF‐stimulated in the absence or presence of 
TGF β, were subjected to immunoblotting analyses with anti‐phosphotyrosine, anti‐
phospho‐Smad  or  a  loading  control  antibody.  As  shown  in  Fig.  2‐4,  TGF α 
stimulation  for  30  min,  60  min  and  120  min  caused  increased  tyrosine 
phosphorylation of several previously known protein species, including the 170‐kDa 
EGFR, the 140‐kDa PLC γ, the 62‐kDa Dok and the 42/44‐kDa ERK1/2 (panel a, lanes 
2,  3,  4  vs.  lane  1).  Weak  detection  of  the  EGFR  tyrosine  phosphorylation  was 
expected, because it peaks around 5 min after TGF α stimulation and then declines 
(data not shown). In addition, we used a physiological concentration of 20ng/ml of 
TGF α  (in  contrast  to  the  200‐500ng/ml  frequently  used  for  short  periods  of 
stimulation, see Li et al. 2006 and ref. therein). Co‐presence of TGF β did not affect 
the pattern or intensity of the phosphotyrosine proteins (panel a, lanes 6, 7, 8 vs. lane 
5). Similarly, 5  µg/ml insulin stimulation caused increased phosphorylation of the 
well‐characterized 70‐kDa  β subunit of the insulin receptor (panel b, lanes 2, 3, 4 vs. 
lane  1).  As  expected,  co‐presence  of  TGF β  did  not  interfere  with  the  insulin‐
stimulated receptor activation (panel b, lanes 6, 7, 8 vs. lane 5). These data suggest 

34
that TGF β’s blocking point is likely at downstream transcription control levels. For 
example, it has previously been shown that TGF β blocks the expression of the 
immediate  early  gene,  c‐myc  (Pietenpol  et  al.  1990).  To  make  sure  that  TGF β 
signaling  remains  active  during  the  entire  120  minute  period  of  growth  factor 
stimulation, we tested the activation of Smad2/3, a down‐stream signaling molecule 
for TGF β. As shown, TGF β‐induced phosphorylation of Smad2/3 remained detectable 
for the entire 2 hours in both TGF α‐stimulated (panel c, lanes 5‐8) and insulin‐
stimulated (panel e, lanes 5‐8) cells. In contrast, neither TGF α nor insulin stimulation 
alone caused any detectable phosphorylation of Smad2/3 (panels c and d, lanes 1‐4). 
Anti‐p38 blotting of the same membrane was used as an equal sample loading 
control (panels d and f). 
 
To estimate how many TGF α‐regulated genes were blocked in TGF β pre‐treated 
HKs, HKs were pre‐treated with or without TGF β prior to TGF α stimulation, which 
promotes both migration and proliferation. Total RNA isolated from the cells was 
analyzed by DNA microarray analysis. We found that TGF β pre‐treatment blocked 
124  of  the  total  500  TGF α‐regulated  (up‐  and  down‐regulated)  genes  at  the  60 
minute time point (data not shown). These data indicate that the approach of using 
TGF β to block cell‐proliferation‐related gene expression is feasible.  

35
 
Fig. 2‐4. TGF β did not affect the early signaling by TGF α or insulin.  
Serum‐starved  HKs  were  unstimulated  or  stimulated  with  TGF α  (20  ng/ml)  or 
insulin (5 µg/ml) in the absence or presence of TGF β (panels A and B). Total lysates 
of the cells were subjected to immunoblotting with anti‐phosphotyrosine antibodies. 
TGF α or insulin stimulated tyrosine phosphorylation of the previously reported 
proteins (lanes 1‐4). None of the phosphotyrosine proteins was affected by the 
presence of TGF β (lanes 5‐8). The effectiveness of TGF β presence was indicated by 
increased  Smad  phosphorylation  in  both  TGF α‐  (panels  C  and  D) and  insulin‐ 
(panels E and F) treated cells. The experiments were repeated 3 times. 
 

36
 
Commonly up‐ and down‐regulated IEG, EG and DEG profiles in migrating, but 
not proliferating, HKs. 
We used SScore to compare the expression levels of each gene before and after 
growth factor stimulation at each of the three time points. SScore determines the 
significance  of  the  relatively  expression  level  by  probe‐to‐probe  comparison 
(Kennedy et al. 2006). The results are shown in Tab. 2‐1. At 30‐minute stimulation 
(to detect IEGs), TGF α up‐regulated a total of 71 genes and down‐regulated total of 
46 genes. At the same time point, insulin up‐regulated 75 genes and down‐regulated 
28 genes. Among them, 25 up‐regulated genes and one down‐regulated genes were 
detected in both TGF α‐ and insulin‐stimulated cells. Therefore, among the IEGs, 
approximately 35% of the genes up‐regulated and 2% of the genes down‐regulated 
by TGF α were shared by insulin stimulation; whereas 33% of the genes up‐regulated 
and 4% of the genes down‐regulated by insulin stimulation were shared by TGF α 
stimulation. 
 
At 60‐minute stimulation (to detect EGs), TGF α caused up‐regulation of 174 genes 
and down‐regulation of 41 genes. Insulin caused up‐regulation of 109 genes and 
down‐regulation of 47 genes. Among them, 58 up‐regulated and 15 down‐regulated 

37
genes were detected in both TGF α‐ and insulin‐stimulated cells. Among the EGs, 
33% of the genes up‐regulated and 37% of the genes down‐regulated by TGF α were 
shared by insulin stimulation. Whereas, 53% of the genes up‐regulated and 32% of 
the genes down‐regulated by insulin were shared by TGF α stimulation. 
 
At 120‐minute stimulation, TGF α up‐regulated 209 genes and down‐regulated 74 
genes. Insulin up‐regulated 42 genes and down‐regulated 39 genes. Among them, 13 
up‐regulated and 3 down‐regulated genes were detected in both TGF α‐ and insulin‐
stimulated cells. Among these DEGs, 6% of the up‐regulated and 4% of the down‐
regulated genes by TGF α were shared by insulin. 31% of up‐regulated and 8% of 
down‐regulated genes by insulin were shared by TGF α stimulation. The genes that 
were significantly regulated (p < 0.05) by both TGF α and insulin are presented in Fig. 
2‐5. As shown, we classified the identified genes into 5 different categories based on 
the cellular location of the genes’ products. The 5 categories are: extracellular factors, 
cell  surface  molecules,  cytosolic  molecules,  nuclear  molecules,  and  less‐well 
characterized proteins. We generated a dendrogram for the genes in each category 
and, therefore, created a total of 5 dendrograms. These analyses revealed the kinetics 
of  the  gene  expression  and  comparison  of  their  expression  patterns.  The  up‐
regulated genes are shown in red, and the down‐regulated genes are shown in green. 

38
The unchanged genes are shown in black. The degree of the changes is shown by an 
increasing intensity of the color, as indicated by the scale bar. 
 
To understand  the expression profiles, we analyzed IEGs, EGs and DEGs according 
to the cellular locations and functions of their encoded gene products (Tab. 2‐2). 
Among the up‐regulated IEGs, ten genes were extracellular factors (40%), one gene 
was cell surface protein (4%), five genes were cytosolic molecules (20%), eight genes 
were nuclear molecules (32%) and one was less characterized (4%). Only one IEG, a 
nuclear protein, was down‐regulated.  
 
Among the up‐regulated EGs, 13 were secreted extracellular factors (23%), eight 
were cell surface molecules (14%), 21 were cytosolic molecules (36%), 6 were nuclear 
molecules (10%) and 10 were less characterized (17%). Among the down‐regulated 
EGs, two were cell surface molecules (13%), four were cytosolic molecules (27%), 
nine were nuclear molecules (60%). For the up‐regulated DEGs, 7 were extracellular 
factors (54%), 5 were cytosolic molecules (38%), and one was nuclear molecules (8%). 
For  the  down‐regulated  DEGs,  one  was  cell  surface  molecule  (33%),  one  was 
cytosolic molecule (33%) and one was nuclear molecule (33%). 

39
 
Tab. 2-1. TGF α- and insulin-regulated total and common genes  
The result of DNA microarray analysis is shown, based on significance of gene 
expression (p<0.05) on the probe based analysis calculated by using SScore software. 
The numbers shown from TGF α‐ or insulin‐stimulated cells for the indicated time 
are the total numbers of up‐ or down‐regulated genes. Among them, the commonly 
up‐ or down‐regulated genes are referred to as “shared genes”. The percentage of 
shared  genes over the  total number  of genes regulated under  TGF α  or  insulin 
treatment is shown as “%”. 

Up‐regulated genes 
 
Down‐regulated genes 
 
Growth 
Factor 
30min  60min  120min  30min  60min  120min 
TGFα  71  174  209  46  41  74 
Insulin  75  109  42  28  47  39 
Shared 
Genes 
    25  58  13  1  15  3 
     %   35(TGF α) 
33 (ins.) 
33(TGF α)
53 (ins.) 
6(TGF α) 
31(ins.) 
2(TGF α) 
4(ins.) 
37(TGF α) 
32 (ins.) 
4(TGF α) 
8 (ins.) 
 

40
Fig. 2‐5. The DNA microarray gene profile. 
The relative expression levels of the genes in HKs in response to TGF α or insulin 
stimulation for 30, 60, and 120 minutes are shown by dendrograms. Only those 
genes that were significantly regulated by both TGF α and insulin at least for one 
time point were shown. These genes were classified into different categories based 
on  the  locations  of  their  protein  products:  (A)  extracellular  factors,  (B)  surface 
molecules, (C) cytosolic molecules, (D) nuclear molecules, (E) less characterized 
molecules. The genes that were up‐regulated at certain time points are shown in red, 
and down‐regulated at certain time points are shown in green. Genes with similar 
kinetic expression patterns in response to both TGF α and insulin were clustered 
together. Similarity of the expression patterns are indicated by the hierarchy lines on 
the left hand side. For certain genes, there were more than one probe sets that 
detected the expression of the genes. The probe sets, which detected a significant 
difference in response to the growth factor stimulation for at least one time point, 
are presented here. The final presented data resulted from the consensus of DNA 
array analysis of mRNA samples from two independent cultures for each time point. 
A.
Insulin
30min
60min
120min
30min
60min
120min
TGF α
FSTL3 203592_s_at
MMP10 205680_at
MMP1 204475_at
IL11 206924_at
SERPINE1 202628_s_at
EDN1 218995_s_at
PI3 41469_at
PI3 203691_at
SLPI 203021_at
ARTN 216052_x_at
ARTN 207675_x_at
ARTN 210237_at
EREG 205767_at
IL6 205207_at
CXCL2 209774_x_at
CXCL3 207850_at
VEGF 210513_s_at
VEGF 212171_x_at
IL8 211506_s_at
IL8 202859_x_at
THBD 203888_at
THBD 203887_s_at
IL1B 205067_at
IL1B 39402_at
VEGF 210512_s_at
LIF 205266_at
HBEGF 203821_at
HBEGF 38037_at
IL1A 210118_s_at
IL1F9 220322_at
B.
ZYX 215706_x_at
ULBP2 221291_at
RHCG 219554_at
PTDSR 212723_at
EPHA2 203499_at
SPRY4 221489_s_at
YRDC 218647_s_at
PLAUR 211924_s_at
PLAUR 210845_s_at
CLDN4 201428_at
ERBB3 202454_s_at
EFNA1 202023_at
DCBLD2 213865_at
Insulin
30min
60min
120min
30min
60min
120min
TGF α
 
 
 
 
 

41
Fig.2‐5, continued 

 

42
Tab. 2‐2. Gene expression profile detected by microarray**The genes that were 
significantly regulated by both TGF α and insulin were shown here. These genes 
were  classified  based  on  the  time  point  that  they  were  significantly  regulated, 
location  of  their  protein  product,  and  function  of  their  protein  product.  The 
significantly regulated genes and their fold of change in response to both growth 
factors at 30 minutes, 60 minutes, and 120 minutes were shown in Table A to C,  
   A. 30min 
     up       down      
Category  subcategory  genes  TGFα   ins.  genes  TGFα   ins. 
Extracellular  growth   EREG  1.27 1.13         
Factors  factors  VEGF  1.23 1.11      
     HBEGF  2.97 1.81         
  cytokines  IL1B  1.49 1.43         
     IL6  1.57 1.40      
     IL1A  1.61 1.46         
  chemokines  CXCL3  1.65 1.73         
     CXCL2  1.44 1.38      
     IL8  1.87 1.53         
  others  EDN1  1.73 1.15         
Cell surface      ZYX  1.05 1.05         
Molecules                    
Cytosolic   enzyme  DUSP1  2.46 1.24         
 Molecules    PTGS2  1.58 1.18      
     DUSP6  1.76 1.31         
  cytoskeleton   ARHGEF2  1.23 1.08         
  components                
  others  PHLDA1  1.49 1.33         
Nuclear   transcription   JUN  1.49 1.16 ELF1 ‐1.30 ‐1.42
Molecules  regulators  EGR1  11.08 2.46      
     FOS  7.65 1.63      
     CITED2  1.44 1.28      
     DDIT3  1.55 1.64         
  cell cycle   DUSP4  1.34 1.13         
  regulators  PPP1R15A  1.17 1.11         
  others  TNFAIP3  1.37 1.23         
Less 
characterized    C4orf10  1.29 1.44         

43
Tab.2‐2 continued    
B. 60min 
     up      down      
Category  subcategory  gene  TGFα ins.  gene  TGFα ins. 
Extracellular   growth   ARTN  2.36 2.13         
Factors  factors  VEGF  3.09 1.58     
     HBEGF  9.47 2.61         
  cytokines  IL1B  2.72 2.12     
    LIF  11.58 2.85     
    IL11  1.68 1.47     
    IL1A  2.57 1.77     
     IL1F9  2.29 1.85         
  others  SERPINE1  1.43 1.27      
    FSTL3  1.28 1.37     
    SLPI  2.37 3.43     
    PI3  1.81 2.18     
     THBD  2.53 2.07         
Cell surface      CLDN4  1.51 1.31 EFNA1 ‐1.34 ‐1.22
Molecules   EPHA2  2.44 1.84 DCBLD2 ‐1.42 ‐1.64
    PLAUR  2.24 1.49      
    PTDSR  2.62 1.89     
    YRDC  2.29 1.85     
    RHCG  1.58 2.06     
    ULBP2  1.63 1.82     
    
SPRY4 /// 
LOC653170 5.69 2.14         
Cytosolic   signaling   GNE  1.42 1.24 CDC42 ‐1.51 ‐1.50
Molecules  molecules  PLEKHG3  1.51 1.39 TRIO ‐1.16 ‐1.38
     PTPRE  2.26 1.29         
  cytoskeleton  
TUBB2A /// 
TUBB2B  1.37 1.36      
  components  PKP1  1.37 1.42         
  enzymes  MAT2A  2.08 1.95      
    PTGS2  3.24 1.56      
    HS3ST1  2.03 1.37     
     FUT1  2.21 1.49     
  PLK3  3.01 1.90   
     FBXL18  2.15 1.87         

44
Tab. 2‐2 continued 
  others  SLC20A1  1.80 1.34 HSP90B1 ‐1.52 ‐2.15
    ALAS1  1.43 1.34 IFI6 ‐1.23 ‐1.39
    ISG20L2  1.53 1.61     
    SPRR2B  2.25 1.72     
    NALP1  1.44 1.43     
    GRPEL1  1.68 1.52     
    CAPN3  1.84 1.80     
    SPRR1A  1.39 2.16     
    IVL  2.42 3.06     
     PHLDA1  4.32 1.61         
Nuclear   transcription   FOSL1  5.48 2.70 BCL6 ‐1.72 ‐1.55
Molecules  regulators  EGR3  32.55 2.95 KLF9 ‐2.75 ‐2.45
    ID1  1.44 1.38 NFIL3 ‐1.96 ‐1.53
     FOS  20.41 2.78 MAF ‐1.80 ‐1.32
             GATA6 ‐1.30 ‐1.47
              SOX4 ‐1.81 ‐1.55
  cell cycle   ZFP36L2  1.82 1.72 CCNG2 ‐1.89 ‐2.41
  regulators  CDKN1A  1.34 1.29 CDKN1B ‐2.42 ‐1.92
  others          SGK ‐1.39 ‐1.53
Less     IER2  2.35 1.41      
Characterized   DDIT4  1.89 1.77      
    C7orf44  2.64 2.06     
    JMJD3  2.61 1.89     
    C1orf106  1.64 1.67     
    HSPC159  2.00 1.61     
    LRRC8E  1.39 1.31     
   
C11orf17 
/// NUAK2  2.60 1.88     
    C1orf56  2.54 1.97      
     KIAA0251  1.65 1.50         
 

45
Tab. 2‐2 continued 
C. 120min 
     up       down      
Category  subcategory  gene  TGFα ins.  gene  TGFα  ins. 
Extracellular 
growth 
factors  EREG  3.23 1.60         
 Factors  cytokines  IL1B  3.49 1.89         
     IL1F9  3.08 2.40         
  chemokines  CXCL2  1.86 2.55         
     IL8  4.61 2.15         
  MMPs  MMP1  2.30 2.19        
     MMP10  4.50 4.13         
Cell surface               ERBB3 ‐2.12 ‐1.70
molecules                     
Cytosolic   signaling   PTP4A1  1.54 1.28         
molecules  molecules                  
  cytoskeleton            EVPL ‐1.48 ‐1.38
  components                  
  enzymes  MAT2A  1.61 1.41         
     CYP27B1  1.72 1.38         
  others  SCG5  2.00 1.57        
     PHLDA1  7.50 2.05         
Nuclear   transcription            ATF3 ‐1.54 ‐1.30
molecules  regulators                  
  others  ARL4C  2.60 1.75         

46
 
Verification of DNA microarray data by quantitative RT‐PCR 
To verify the gene profiles of the microarray analyses, we randomly selected 12 
genes that were either up‐ or down‐regulated at least at one of the three stimulation 
time points by both TGF α and insulin. Expression of these genes in the original total 
RNA samples was analyzed by quantitative RT‐PCR analyses. A total of 34 reactions 
for both TGF α (17 reactions) and insulin (17 reactions) were carried out. The DNA 
sequences of the 12 pairs of QPCR primers plus a pair of GAPDH primers are shown 
in Tab. 2‐3. As shown in Tab. 2‐4, data of the QRT‐PCR analyses on all the genes 
selected was qualitatively consistent with the data of DNA microarray analyses. 
Quantitatively, however, among the 34 reactions, 28 (82%) exhibited greater fold 
changes  by  QRT‐PCR  than  by  microarray  analyses.  The  remaining  6  reactions 
showed smaller fold changes between QRT‐PCR and microarray analyses.  

47
Tab. 2‐3. Primers for QPCR* 
*Twelve genes were selected and the expression levels of these genes were verified 
by QRT‐PCR. The primer sequences of these twelve genes and GAPDH for QPCR 
were shown here. 
 Forward  Reverse 
CCNG2  TGCCTAGCCGAGTATTCTTCT
CCT 
TCGTTGGCAGCTCAGGAACAC
TAT 
CXCL2  AAGGAGGCCCTGCCCTTA  GTGGCCTCTGCAGCTGTGT 
CXCL3  GCATCCCCCATGGTTCAG  TCAGTTGGTGCTCCCCTTGT 
GAPDH  GAAGGTGAAGGTCGGAGT  GAAGATGGTGATGGGATTTC 
HBEGF  TGAAGTTGGGCATGACTAATT
CC 
GTCCCCAGCCGATTCCTT 
IL1α  TAGCAACCAACGGGAAGGTT
CTGA 
AAGGTGCTGACCTAGGCTTGA
TGA 
IL1β  GCACCTCTCAAGCAGAAAAC
ATG 
CCTGGCCGCCTTTGGT 
IL8  ACTGCGCCAACACAGAAATT  TTCTCCACAACCCTCTGCAC 
LIF  TCTTCCAGAAGAAGAAGCTG
GGCT 
CTCGGTTCACAGCACACTTCA
AGA 
MMP1  AGTGACTGGGAAACCAGATG
CTGA 
GCTCTTGGCAAATCTGGCGTGT
AA 
MMP10  GACCTGGGCTTTATGGAGATA
TT 
GCTTCAGTGTTGGCTGAGTGA
A 
PHLDA1  AGGAAGTGGGACGAGCACAT
TTCT 
TCCAAACTACTTGATCTGGTGC
GG 
TUBB2  ACTCGGTGCTGGATGTTGTGA
GAA 
ACGTGTTCATGATCCTGTCTGG
GT 
 

48
Tab. 2‐4. Gene expression profile verification by QRT‐PCR Twelve genes were 
randomly selected and their expression levels verified by QRT‐PCR at one or more 
time points. The table here showed the expression level of each gene detected by 
microarray and QRT‐PCR. The results of QRT‐PCR were repeated and averaged 
from at least three independent experiments.  

49
 
     stimulus  microarray  real time 
cyclin G2(60min)  TGF α ‐1.89 ‐3.53 down‐ 
regulated   cyclin G2(60min)  insulin ‐2.41 ‐3.93
CXCL2(30min)  TGF α  1.44  1.30
CXCL3(30min)  TGF α  1.65  2.03
IL8(30min)  TGF α  1.87  1.64
PHLDA1(30min)  TGF α  1.49  2.30
CXCL2(30min)  insulin  1.38  1.61
CXCL3(30min)  insulin  1.73  1.60
IL8(30min)  insulin  1.53  1.87
Up‐
regulated 
 
 
 
PHLDA1(30min)  insulin  1.33  2.30
HBEGF(60min)  TGF α  9.47  17.39
IL1α(60min)  TGF α  2.57  9.57
IL1β(60min)  TGF α            2.72  6.46
LIF(60min)  TGF α  11.58  12.28
PHLDA1(60min)  TGF α  4.32  6.16
TUBB2(60min)  TGF α  1.37  1.23
HBEGF(60min)  insulin  2.61  3.86
IL1α(60min)  insulin  1.77  3.30
IL1β(60min)  insulin  2.12  3.73
LIF(60min)  insulin  2.85  2.60
PHLDA1(60min)  insulin  1.61  2.52
Up‐
regulated 
 
 
 
TUBB2(60min)  insulin  1.36  1.04
CXCL2(120min)  TGF α  1.86  5.40
IL1β(120min)  TGF α  3.49  11.15
IL8(120min)  TGF α            4.61  7.78
MMP1(120min)  TGF α  2.30  9.85
MMP10(120min)  TGF α  4.50  22.46
PHLDA1(120min)  TGF α  7.50  16.94
CXCL2(120min)  insulin  2.55  3.43
IL1β(120min)  insulin  1.89  3.92
IL8(120min)  insulin  2.15  2.85
MMP1(120min)  insulin  2.19  7.11
MMP10(120min)  insulin  4.13  17.66
Up‐
regulated 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PHLDA1(120min)  insulin  2.05  4.26

50
 
Functional characterization of three secreted gene products  
Finally, to investigate whether the “migration signal‐regulated” genes indeed play a 
role in HK migration, we selected three genes that all encode secreted polypeptides: 
hairpin‐binding  EGF‐like  growth  factor  (HB‐EGF),  stromelysin‐2  (MMP‐10)  and 
chemokine  (CXC  family)  ligand  3  (CXCL3).  Both  HB‐EGF  and  MMP‐10  have 
previously been reported to promote HK migration and wound healing (Hashimoto 
et al. 1994; Shirakata et al. 2005; Krampert et al. 2004). While little is known about the 
role of CXCL3 in HK migration, mice that are deficient in CXCR2, a receptor for 
CXC family ligands, also showed delayed wound healing (Devalaralia et al. 2000). 
We designed small hairpin RNA (shRNA) against each of the three genes and cloned 
them into the lentiviral siRNA delivery system, FG12 (Please see Methods). As 
previously  demonstrated  by  us,  the  FG12  system  offers  more  than  95%  RNAi 
transduction efficiency and permanent gene knockdown in HKs (Fan et al. 2006; 
Bandyopahdhay et al. 2006).   
 
To verify the effectiveness of the RNAi constructs, total RNA was extracted from the 
cells and subjected to QRT‐PCR analyses. As shown in Figure 2‐6A, in siHB‐EGF‐
infected HKs, the HB‐EGF mRNA level was reduced by 83% (bar 2), in comparison 

51
to HKs infected with control siLac Z (bar 1). Similarly, the mRNA levels of CXCL3 
and siMMP‐10 were reduced by more than 60‐70% (bars 3 and 4). At the protein 
level, cell lysates or conditioned medium were collected from the gene knockdown 
or control (vector alone or siLacZ) cells and subjected to immunoblotting assays 
with antibodies against each of the three gene products. Consistently, the level of 
HB‐EGF protein was reduced more than 95% (panel b, lane 3 vs. lanes 1 and 2). Anti‐
p38 antibody immunoblots were used as sample loading controls. The protein level 
of CXCL3 in the cells was reduced by more than 70%, in comparison to the HKs 
infected with empty vector or siLacZ (panel d, lane 3 vs. lanes 1 and 2).  
 
Since we were unable to detect the intracellular protein level of MMP‐10 in HKs, we 
collected TGF α stimulated‐conditioned media of HKs infected with either control 
constructs or siMMP‐10 and subjected them to immunoblotting analysis with anti‐
MMP‐10 antibodies. As shown in Figure 2‐6, we detected a significant amount of 
secreted  MMP‐10  from  conditioned  media  of  the  control  cells  (lanes  1  and  2). 
However, MMP‐10 knockdown almost completely blocked the MMP‐10 secretion 
(panel f, lane 3 vs. lanes 1 and 2). Therefore, our RNAi approach effectively down‐
regulated the genes of interest. As mentioned previously, these down‐regulations 
were permanent throughout the lifespan of the cells in culture.  

52
 
The above gene‐knockdown HKs were then subjected to cell migration assays in 
response to TGF α and insulin. As shown in Fig. 2‐6 (panel G), as expected, both 
TGF α and insulin strongly stimulated the migration of HKs infected with empty 
vector lentivirus (bars 2 and 3 versus bars 1). However, the growth factor‐induced 
migration  of  siCXCL3‐lentiviral  infected  HKs  was  decreased  by  40%‐50%  in 
comparison to the control HKs (bars 5, 6 vs. bar 2, 3). These data were quantitatively 
consistent with the immunoblotting results in which the cellular protein level of 
CXCL3  was  down‐regulated  approximately  70%  by  the  siCXCL3  (see  panel  c). 
Therefore, CXCL3 is required for HK migration in response to the growth factors. 
Surprisingly, the growth factor‐stimulated HK migration was not affected by HB‐
EGF knockdown (bars 11 and 12). On the other hand, MMP‐10 knockdown only 
slightly, but significantly, lowered TGF α‐stimulated HK migration (bar 8 vs. bar 2, 
but did not affect insulin‐induced HK migration (bar 9 vs. bar 3). These results 
suggest that MMP‐10 and HB‐EGF, although secreted by HKs, are not essential for 
HK  migration.  We  postulate  that  when  HK‐derived  MMP10  and  HB‐EGF  are 
secreted into the wound environment, they in turn influence migration of other skin 
cell types such as dermal fibroblasts and dermal microvascular endothelial cells, 
whose migration is equally critical for wound healing and re‐modeling. 

53
 Fig.  2‐6.  Functional  characterization  of  three  secreted  gene  products  in  HK 
migration 
HKs, infected with FG12 system carrying vector alone, control siLac‐Z or siRNA 
against  each  of  the  three  candidate  genes,  were  subjected  to  RT‐PCR, 
immunoblotting and colloidal gold migration assays. (A) Total RNA from these cells 
were isolated five days following infection and subjected to RT‐PCR. (B‐F) To detect 
the protein expression levels, lysates of the HKs, starved in serum free medium 
overnight, were extracted and immunoblotted with antibodies against HB‐EGF or 
CXCL3. To detect secreted MMP10 proteins, infected HKs were starved in serum 
free medium overnight. Conditioned medium (CM) was collected and concentrated 
100 times. The CM was analyzed by Western blot with an anti‐MMP10 antibody 
(panel  F).  (G)  After  confirming  the  effectiveness  of  the  RNAi,  colloidal  gold 
migration assay was carried out to functionally characterize the importance of these 
genes in HK migration.  The experiments were repeated 3 times (*p <0.05). 
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
Vector   siLac Z   siRNA
HB-EGF
p38
CXCL3
p38
MMP10 (in media)
1            2           3
*
0
10
20
30
siLa c Z siHBEGF siCXCL3 siMMP10
Migration Index(%)
unstimulated TGF α insulin
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
untreated siHB-EGF siCXCL3 siMMP10
relative mRNA level
1                     2                     3                     4
*
*
1   2   3        4    5    6        7    8   9        10  11 12  
 

54
 
Discussion 
Cell migration and cell proliferation are two mutually exclusive events. Migrating 
cells are not proliferating and, similarly, proliferating cells are not simultaneously 
migrating. In cell migration assays, mitomycin C is often used to eliminate the 
potential  contribution  of  cell  proliferation  to  the  results  of  these  assays  and, 
therefore,  it  might  be  a  useful  alternative  to  block  proliferation‐related  gene 
expression. However, since the blocking point of mitomycin C in proliferating cells 
lies in the very downstream G2/M transition phase of the cell cycle, it will not block 
the growth signal‐induced early gene expression. Therefore, mitomycin C does not 
help to identify migration signal‐specific genes. The central idea of the current study 
is to make use of the fact that TGF β blocks HK proliferation but not migration 
(Sarret et al. 1992). In addition, however, TGF β is known to block expression of both 
IEGs such as c‐myc (Pietenpol et al. 1990) and Rb‐regulated DEGs (Koike et al. 1994). 
Furthermore, to further ensure the “purity” of the migration‐related gene profiles, 
we stimulated HKs with two distinct pro‐motility factors. We have shown that 
TGF α and insulin are the main keratinocyte pro‐motility factors in human serum. (Li 
et al. 2006).  
 

55
It is well established that TGF β’s effects can be divided into primary and secondary 
effects. Its primary effects on most cell types include anti‐proliferation and/or anti‐
motility.  Its  secondary  and  main  effect  is  to  induce  expression  of  many  genes 
including ECMs and mitogenic/motogenic growth factors, cytokines and MMPs. 
These newly produced factors could in turn act either in an autocrine or paracrine 
fashion to affect various responses of the cells. Our migration assays, colloidal gold 
and  “scratch”  assays,  last  12‐16  hours.  Within  this  period,  the  physiological 
concentrations of TGF β did not cause any significant change in human keratinocyte 
migration stimulated by TGF α, as we and others have previously reported, (Sarret et 
al.  1992;  Tsuboi  et  al.  1992;  Garlick  and  Taichman  1994;  Ashcroft  et  al.  1999). 
However, as mentioned earlier, the ECMs and growth factors produced by the cells 
in response to TGF β may later on act to stimulate cell migration (e.g. > 48 hours) 
(Nickoloff et al. 1988; Hebda 1988).  
 
Microarray analysis allows profiling large‐scale and comparative gene expression 
under two different conditions. Therefore, this approach can provide a useful global 
picture of the gene expression involved in a given activity taking place inside the 
cells. In conjunction with the available knowledge on the kinetics and functions of a 
given gene, the technique is helpful to reveal intracellular signaling networks that 

56
execute a specific cellular response such as motility. Here, we have identified 82 
commonly up‐regulated genes and 19 commonly down‐regulated genes by both 
TGF α and insulin following stimulation for up to two hours. Among these genes, 31 
of the up‐regulated genes (38%) have previously been reported to play a role in cell 
migration, and 9 of the down‐regulated genes (47%) were reported for cell migration. 
Among the 14,500 well‐characterized genes in the Affymetrix HU‐133A 2.0 array, 
there are only 187 probes representing 72 genes (0.5%) that are known to relate to 
cell  migration.  Therefore,  our  strategy  “enriched”  the  pool  of  migration  signal‐
specific genes more than 80 fold. In analyzing the DNA microarray data, we used 
SScore program to select significantly regulated genes by both TGF α and insulin and 
generated dendrograms based on this selection. In the dendrogram, genes with 
more than one probe on the microarray chip were shown more than once, such as 
HB‐EGF and PHLDA1. These different probe sets for the same genes tend to cluster 
together, indicating that their expression patterns are similar. Results of this analysis 
further confirmed the induction or repression of the genes by TGF α and insulin, 
since multiple probe sets for the same genes showed similar expression patterns.  
 
Our  study  focused  on  the  migration‐specific  gene  profiles  in  primary  human 
keratinocytes  in  vitro.  Are  these  profiles  relevant  to  those  in  HKs  in  vivo? 

57
Unfortunately,  this  kind  of  study  using  human  skin  wounds  is  technically 
impossible. It is not possible to wound human skin, take biopsies at different time 
points, isolate the RNA from them and obtain gene expression profiles. Even in mice, 
it  is  not  feasible  to  isolate  the  wound  cells/tissues  without  contaminating  the 
specimens with unwounded tissue. Since the latter is not in the environment of the 
wound, the gene expression profiles from unwounded tissue do not reflect wound 
healing. Furthermore, gene profiles from mouse tissue may not be at all relevant to 
the  gene  profiles  of  human  skin  wounds.  Second,  in  a  real  skin  wound,  the 
environment  is  a  mixture  of  multiple  factors  (cytokines,  growth  factors,  ECMs, 
MMPs et al). It is not possible to distinguish what genes are inflammation‐related, 
proliferation‐related,  migration‐related,  differentiation‐related,  metabolism‐related 
and so on. It is impossible to know which gene is induced by what factor.  
 
While  microarray  has  been  widely  used  to  determine  gene  expression  patterns 
under various environmental and cellular conditions, to our knowledge this is the 
first report of gene expression profiles designed in response to a specific type of cell 
surface signal. Several previous studies also used a DNA microarray approach to 
identify gene profiles associated with wound healing. Fitsialos et al surveyed the 
gene expression profiles during the course of an in vitro scratch assay using cultured 

58
HKs. They used inhibitors of ERK, p38‐MAPK and phosphatidylinositol 3‐kinase 
(PI3K) to narrow down the pathway‐specific gene expression profiles (Fitsialos et al. 
2007). They identified several extracellular factors that were induced at early time 
points (1~3 hours), such as HB‐EGF, VEGF, EREG, LIF, SERPINE‐1, and IL‐8, and 
transcription factors, such as Fos, Jun and EGR1. These results are consistent with 
our observations. Roy et al compared the gene expression profiles in wound‐derived 
blood vessels and blood vessels from intact human skin (Roy et al. 2007). They 
demonstrated that the extracellular proteinase MMP1 was up‐regulated, which was 
also observed in our study. In conclusion, our study has provided comprehensive 
profiles of the early gene expression induced by HK pro‐motility signals. These 
profiles may serve as a foundation to gain new insights into the mechanism of the 
re‐epithelialization process during wound healing.  
 

59
Chapter 3: TGF α‐Stimulated Secretion of HSP90 α: Using LRP‐
1/CD91  Receptor  To  Promote  Human  Skin  Cell  Migration 
Against TGF β‐Rich Environment In Wound Healing 
 
Introduction: 
Transforming growth factor‐alpha (TGF α) belongs to the EGF family, which has ten 
members in humans. The mature form of TGF α is a 50‐amino acid polypeptide 
originally isolated from conditioned medium of virally transformed cells and tumor 
cells  (de  Larco  and  Todaro  1978;  Roberts  et  al.  1980).  Active  TGF α  shows  a 
heterogeneous molecular mass ranging from 5‐20 kDa in SDS‐PAGE, due to variable 
degrees of N‐ and O‐linked glycosylation (Teixido and Massague 1988). Although 
the amount of TGF α in human circulation (plasma) is low or undetectable, it is 
widely expressed in developing embryos and a number of adult tissues. Thus, TGF α 
is mainly an autocrine/paracrine growth factor. TGF α elicits all its biological effects 
by binding to and activating a 170‐kDa cell surface tyrosine kinase receptor (EGFR 
or c‐erbB1), a member of the EGFR subfamily. This receptor family also includes c‐
erbB2/HER2/Neu, c‐erb3/HER3, and c‐erbB4/HER4 (Fantl et al. 1993). A major well‐
characterized effect of TGF α on cells of the epidermal origin is enhancement of cell 

60
proliferation  and  migration,  which  often  cannot  occur  simultaneously.  In  vivo 
studies showed that increased local concentrations of TGF α or overexpression of 
EGFR play an important role in both physiological processes, such as wound healing 
and  hair  follicle  development,  and  pathological  disorders,  such  as  psoriasis 
(hyperproliferation of keratinocytes) and skin tumorigenesis (Fuchs and Byrne 1994; 
Nanney et al. 1996). However, ablation of TGF α or EGFR gene in mice only showed 
some visible abnormalities in the outer root sheath and hair follicle architecture, 
likely due to the multiple family members at both the ligand and receptor levels of 
TGF α (Luetteke et al. 1993; Mann et al. 1993). While the EGFR > Grb2/Sos > Ras‐GTP 
> Raf > Mek1 > ERK1/2 pathway is widely accepted as the mechanism to promote cell 
proliferation, the motility signaling pathway remains poorly understood.  
 
During human skin wound healing, a critical step is the initiation of the resident 
epidermal and dermal cells at the wound edge to migrate into the wound bed 
(Martin 1997; Singer and Clark 1999). Human keratinocytes (HKCs) laterally migrate 
across the wound bed from the cut edge to eventually close the wound, the process 
known as re‐epithelialization. The dermal cells, including dermal fibroblasts (DFs) 
and  dermal  microvascular  endothelial  cells  (HDMECs),  start  to  move  into  the 
wound  following  the  keratinocyte  migration,  where  these  cells  deposit  matrix 

61
proteins, contract and remodel the newly closed wound and subsequently build 
new blood vessels. The HKC migration is largely driven by TGF α from human 
serum (Li et al. 2006a) and unaffected by TGF β family cytokines co‐present in the 
wound (Bandyopadhyay et al. 2006). In contrast, the presence of TGF β blocks both 
DF and HDMEC migration even in the presence of their growth factors, PDGF‐BB 
and  VEGF  (Ali  et  al.  2006).  Therefore,  while  it  is  clear  why  HKC  migration 
jumpstarts ahead of the DF and HDMEC migration during wound healing, it has 
remained as a long time puzzle how DFs and HDMECs have moved into the wound 
bed in the presence of TGF β. 
 
The heat  shock protein (hsp) families include chaperon proteins that are either 
constitutively expressed, such as the hsp90 family, or stress‐induced expression, 
such as the hsp70 and hsp27 families. Historically, their function is to interact with 
and  facilitate  proper  folding  and  intracellular  trafficking  of  target  proteins  to 
maintain  the  cellular  homeostasis  and  to  promote  cell  survival  (Gething  and 
Sambrook 1992). However, recent studies showed that hsp proteins could also be 
secreted  by  the  cells.  The  secreted  hsp  proteins  then  carry  out  important 
extracellular functions, including stimulation of immunological cytokine production, 
activation of antigen presenting cells (APCs) and anti‐cancer functions (Binder et al. 

62
2004; Schmitt et al. 2007). We recently showed that hypoxia causes hsp90 secretion, 
which in turn mediates hypoxia‐induced dermal fibroblast migration during wound 
healing (Li et al. 2007). Since hsp proteins lack any signal sequences at the amino 
terminus,  these  proteins  cannot  be  secreted  via  the  classical  endoplasmic 
reticulum/Golgi  transport  pathway.  Instead,  they  are  secreted  via  a  discrete 
population of nano‐vesicles (30‐90nm in diameter), called exosomes (Multhoff and 
Hightower 1996; Hegmans et al. 2004; Clayton et al. 2005; Lancaster and Febbraio 
2005; Yu et al. 2006). The exosome secretion mechanism has, therefore, constituted a 
potential mode of intercellular communication and opens up new therapeutic and 
diagnostic strategies (Mignot et al. 2006). In the present study, our findings indicated 
that TGF α “pushes” hsp90 α out of HKCs via the exosome pathway, which in turn 
promotes migration of both the epidermal and dermal cells through the cell surface 
receptor LRP‐1/CD91. The physiological significance is also discussed. 

63
 
Materials and Methods 
Primary  human  neonatal  HKCs,  DFs,  HDMECs  and  melanocytes  (MCs)  were 
purchased from Clonetics (San Diego, CA). HKCs were cultured in the EpiLife 
medium with added human keratinocyte growth supplements (HKGS). MCs were 
maintained  in  Medium  154  supplemented  with  human  melanocyte  growth 
supplement (HMGS) (Cascade Biologics, Portland, Oregon). DFs were cultured in 
DMEM supplemented with 10% fetal bovine serum. HDMECs were cultured in 
growth factor‐supplemented Medium 131 (Cascade Biologics). The 5‐7th passages of 
the cultured cells were used in conditioned medium preparation and 3
rd
 or 4th 
passage in cell migration assays. Human sera, collected from a variety of donors, 
were purchased from Sigma‐Aldrich (St. Louis, MI). Human recombinant TGF α and 
TGF β3  were  purchased  from  R&D  System  (Minneapolis,  MN).  Gel  Filtration 
Calibration  Kit  HMW  (Code,  28‐4038‐42)  was  from  GE  Healthcare  (Uppsala, 
Sweden).  Anti‐hsp90 α  antibody  (SPA‐840)  for  Western  analysis,  anti‐hsp90 α 
neutralizing antibody (SPS‐771, blocking the target‐binding site of hsp90) were all 
from Stressgen (Victoria, BC Canada). Recombinant hsp‐90 α was from Stressgen and 
produced in our laboratory. The construct of GST‐human 14‐3‐3 σ was a gift from Dr. 
Mong‐Hong  Lee  (University  of  Texas,  Houston,  Texas).  Recombinant 

64
AMF/phosphoglucose  isomerase/neuroleukin,  Brefeldin  A  (BFA)  and  dimethyl 
amiloride (DMA) were purchased from purchased from Sigma‐Aldrich (St. Louis, 
MO). Rhodamine‐conjugated Phalloidin were from Sigma. Rat type I collagen was 
purchased from BD Biosciences (Bedford, MA). Anti‐ β actin antibody and anti‐
GAPDH antibody were from Cell Signaling Technology.  
 
Immunostaining cells and normal human skin.  
Skin cells or human skin were cultured on glass coverslip pre‐coated with different 
ECMs in sterile 8‐well plate. Cells were starved overnight and stimulated with 
growth factors. Stimulated cells or human skin were fix with 4% formaldehyde/PBS. 
Cells were permiabilized with 0.1% Triton X‐100/PBS. Fixed Cells or human skin 
were blocked with 1%BSA/PBS and incubated with proper primary and secondary 
antibody sequentially. The images of the stained cells or human skin were visualized 
under either NIKON‐TE‐200U microscope using the green (FITC), blue (DAPI), or 
red (Phalloidin) filters, or Nikon Eclipse 80i confocal microscope. Usually, 80‐120 
cells per condition were analyzed. 
 
Immunodepletion of hsp90 α from HKC‐CM.  
10x concentrated HKC‐CM was pre‐incubated with the optimized amount of anti‐

65
hsp90 α rabbit polyclonal antibody (7 µg IgG/2 ml of 10X HKC‐CM to remove all 
hsp90 α) for 16 h at 4 
o
C. The immune complexes were precipitated by incubation 
and agitation with protein G‐sepharose (25  µl of packed beads, Pharmacia) for 2 h. 
After centrifugation, the hsp90 α‐free supernatants were removed and used for cell 
migration assays. 

In Vitro wound Healing Assay
Twelve‐well plates were precoated with collagen (45μg/ml) in triplicates, followed 
by further BSA blocking. A sufficient number of serum‐starved HKCs were plated, 
so  that  they  became  confluent  in  the  wells  right  after  attachment  (1~2  hours). 
Scratches were then made with 200μl‐yellow tip. Floating cells were removed by 
PBS  wash.  Control  media  or  conditioned  media  were  added  to  the  wells  and 
incubated for additional 16 hours. Mitomycin C (10μg/ml) was always included in 
the media to prevent cell proliferation. Five representative images of the scratched 
areas under each condition were photographed. To estimate the relative migration 
of the cells, the unclosed cell‐free areas from five prints under each condition were 
excised and weighed on a scale (Mettler AE50). We used “average gap” (AG, %) to 
quantify the data. The collagen alone at 0 h was considered 100% AG. The wells that 
showed the most HKC migration had the least AG values. 

66
 
Sub‐cloning, protein production and purification of hsp90 α and mutants  
The cDNAs for wt hsp90 α and three mutants (E47D, E47A, and D93N) were kindly 
provided by Dr. Ulrich Hartl (Max Planck Institute for Biochemistry, Germany). The 
coding regions of these cDNAs were subcloned into the His‐tag pET15b vector 
(EMD  biosciences,  Inc.,  San  Diego,  CA)  at  BamH1  using  a  PCR‐based  cloning 
technique.  The  primers  for  PCR  were  as  followed:  5’‐
GGATCCGATGCCTGAGGAAACCCAG‐3’  and  5’‐
ACTGTCGGATCCTTAGTCTACTTCTTCCAT‐3’.  The  pET15b‐hsp90 α  constructs 
were transformed into BL21‐codonPlus (DE3)‐RP competent cells (Stratagene, La 
Jolla,  CA)  following  the  manufacturer‐provided  protocol.  Protein  synthesis  was 
induced by the addition of 0.25 mM IPTG to the bacterium culture (O.D.  ≅ 0.8) and 
incubation for five hours at 25 
o
C. The his‐tag proteins were first purified by Ni‐NTA 
column with the HisBind purification kit (EMD biosciences, Inc.) according to the 
manufacturer’s procedure. The purified proteins were concentrated in Centricon 
YM‐100 (Millipore, Billerica, MA) to 4 ml and loaded onto a Superdex 200 HiLoad 
gel  filtration  column  (GE  healthcare,  Piscataway,  NJ)  and  separated  by  FPLC. 
Proteins were eluted by DPBS buffer with a flow speed of 1.2 ml/min. The fractions 
with  hsp90 α  were  further  concentrated  in  a  Centricon  YM‐100  to  the  final 

67
concentration  of  1mg/ml.  Proteins  were  stored  in  10%  glycerol‐DPBS  at ‐70
 o
C. 
Generally, 20mg of hsp90 α could be generated from 1L of the bacterium culture. 
 
Five distinct domains (N’, M‐1, M‐2, C’‐1 and C’‐2) of hsp90 α were constructed into 
the His‐tag pET15b as above. After Ni‐NTA column purification, each of the domain 
proteins was concentrated in Centricon YM‐50 or YM‐10 to the volume of ~4 ml 
depending on the size of the domains. These domains were then purified by FPLC in 
a Superdex 75 HiLoad gel filtration column (GE healthcare, Piscataway, NJ) and 
followed by concentrated in Centricon YM‐50 or YM‐10 to the final concentration of 
1mg/ml.  
 
GFP‐ hsp90 α and siRNA against LRP1/CD91.  
The cDNA for wt hsp90 α was amplified using PCR and subcloned in frame into the 
3’ end of a fluorescence protein (GFP) gene. This fusion gene was inserted into the 
lentivirus‐derived vector, pRRLsinhCMV, at BamHI + EcoRI. To identify possible 
target sequences for siRNA against CD91, we used the RNAi Selection Program (Fan 
et al. 2006). Four potential sites were selected and synthesized. The effectiveness of 
synthetic double strand siRNA in down‐regulation of CD91 was first measured in 
293 cells by transfection and the cell lysates blotted with corresponding antibodies. 

68
The two most effective RNAis were then cloned into the lentiviral RNAi delivery 
vector, FG‐12 (Fan et al. 2006). The selected RNAi sequence (sense) against human 
CD91  for  FG12  cloning  was  GACCAGTGCTCTCTGAATA  (RNAi‐1)  and 
GGAGTGGTATTCTGGTATA (RNAi‐2). These constructs were used to  transfect 
293T cells together with two packaging vectors, pCMV ∆R8.2 and pMDG, to produce 
virus stocks. 
 
ATPase assay  
The ATPase assay was based on a regenerating coupled enzyme assay (Ali et al. 
1993), in which the phosphorylation of ADP by pyruvate kinase (PK) at the expense 
of phosphoenol pyruvate is coupled to the reduction of the resulting pyruvate by 
lactate dehydrogenase (LDH) at the expense of NADH. Oxidation of NADH to 
NAD
+
 produces a loss of optical density at the NADH absorbance maximum of 340 
nm, in direct stoichiometry to the amount of ADP phosphorylated. The ATPase 
activity was expressed as the turnover of NADH per minute per microgram of 
protein. Each 400 µl assay contained 50 mM HEPES‐KOH, pH 8.0, 5 mM MgSO4, 0.6 
mg ATP (Sigma), 30  µg NADH (Sigma), 2 mM phosphoenol pyruvate (Sigma), 1.4 
units of PK, 2 units of L‐LDH (PK/LDH mix from Sigma), and 200 µg of wild type or 
mutant hsp90 α proteins.  

69
 
Protein purification 
A total of 10 liters of HK‐CM were collected in 500 ml batches, each of which tested 
positive for pro‐motility activity on HKs using colloidal gold migration assays. The 
volume of this starting material was concentrated sequentially to ~5ml using 20‐ml 
Centricons with a 10 kDa cutoff for proteins and equilibrated to 10 ml with the Start 
Buffer  for SP  Sepharose  column  (50mM MES  pH 6.0).  The  sample was passed 
through the SP Sepharose column in the FPLC System (Pharmacia LKB) at 2.5 
ml/min.  Unbound proteins were collected in the flow‐through. The column was 
washed with a start buffer and, then, bound proteins were eluted stepwise with 
increasing concentrations of NaCl (.1M, .2M, .3M, .4M, .6M and 1.0M). Fractions 
containing the protein peaks from each NaCl‐concentration of elution were pooled 
and concentrated to a final volume of ~2 ml in Centricons. During the concentrating 
process, the NaCl concentrations were equalized to ~150 mM with MES ± 1M NaCl. 
The materials were further equilibrated by washing and centrifuging twice in 1:10‐
fold dilutions with DMEM and concentrated to the original volume (2 ml). They 
were then tested for stimulation of HK migration using colloidal gold migration 
assays, in comparison to the original 10x HK‐CM in equal amount of total proteins. 
The peak activity was observed in the 0.2M fractions. This “positive” material was 

70
concentrated to 0.5ml using a 2ml‐Centricon 10 and loaded into a Superdex 75 
HiLoad gel filtration column (Pharmacia). This seizing column was run with PBS at 
1 ml/min and filtrates collected in 5ml/tube fractions. The fractions containing a 
protein peak and to be used for further analysis were washed in a Centricon 10 with 
2x in DMEM and concentrated to 2ml. The HK pro‐motility activity of the samples 
was tested as previously described with the amount of total protein per sample 
equalized to that in 10x HK‐CM. The fractions with distinct protein peaks were also 
tested in combinations and we did not detect any synergistic effects in any of the 
combined  fractions.  The  migration  assay  revealed  that  significant  activity  was 
contained  in  fractions  18  and  19.  Fractions  18  and  19  were  combined  and 
concentrated to 2 ml with a 20ml‐centricon.  The sample was then diluted to 10 ml 
(1:5) with equilibration buffer (20mM Tris, pH 8.0) for the Q Sepharose column 
(Pharmacia). The diluted sample was loaded into the Q Sepharose column at 2.5 
ml/min and washed in the same equilibration buffer. The bound proteins were 
eluted with increasing NaCl concentrations (.1M, .2M, .3M, .4M, .5M, .6M, and 1.0M 
NaCl). The fractions containing a protein peak at each elution of a given NaCl 
concentration were pooled individually. The NaCl in these fractions were equalized 
to 150mM with Tris, pH 8.0 +/‐ 1M NaCl using Centricons and the volumes were 
reduced to 2 ml. The samples were washed twice (1:10) with DMEM in 20 ml‐

71
Centricons and concentrated to equal volumes. Each sample was tested for HK pro‐
motility activity with equal amounts of total protein and the 0.3M NaCl fraction 
showed the strongest activity. This fraction was concentrated to 500 µl and loaded 
onto a Superdex 200 HiLoad gel filtration column (Pharmacia) using PBS as the 
running solution at 0.5 ml/min. 500 µl/tube fractions were collected and HK pro‐
motility activity was tested for each of the fractions with equal sample volumes as 
opposed to equal amounts of protein as used previously. Half of each fraction was 
used for the migration assay (250 µl). The recovered protein amount and activity 
after purified with each column is as shown in Tab. 3‐1. 

72
 
Tab.  3‐1.  Purification  of  HK  pro‐motility  activity  from  HKC‐CM  Ten  liter 
conditioned medium was collected, concentrated, and purified sequentially through 
four different columns. The amount of protein recovered and the activity remained 
after each purification are shown.  
Steps            Volume (ml)      Protein (mg)     Specific Activity(MI)    Total Activity Recovery
HKC-CM           500 (20 x)        ~ 370                  25-30/0.41 mg                          100%
SP-Sepharose 6.0               ~ 36                    25-30/122 µg~37%
Q-Sepharose 4.5            ~1.44                  25-30/23.6 µg~7.9%  
Superdex 75           2.5              ~9.5                    25-30/48.5 µg~18.5%
Superdex 200         4.0               ~ 0.07                 25-30/16.3 µg ~6.7%  
 

73
 
RESULTS 
TGF α stimulates HKCs to export stimulators of motogenic, but not mitogenic, 
activity.  
TGF α is a potent mitogen and motogen in human serum for epidermal HKCs (Li et 
al. 2006a). Migrating cells are not proliferating and vice versa. We wanted to identify 
downstream and motility signal‐specific targets that satisfy the following criteria: 1) 
a  primary  target  of  TGF α  signaling;  2)  a  secreted  protein  and  3)  a  factor  that 
selectively promotes migration, but not proliferation. We focused on serum‐free 
conditioned media of TGF α‐primed HKCs, according to the step‐by‐step procedure 
depicted schematically in Fig. 3‐1A. The starting control medium (Con) and the 
conditioned medium (HKC‐CM) were subjected independently to migration and 
DNA synthesis assays. As shown in Fig. 3‐1B, 10x HKC‐CM (panel d), but not 10x 
control medium (panel c), was able to duplicate the pro‐motility effect of TGF α 
(panel b vs. panel a) in the colloidal gold migration assays, quantitated as migration 
index (MI) (Li et al. 2004c). This observation was confirmed by using the in vitro 
“scratch” assay in the presence of a DNA synthesis inhibitor, mitomycin C. As 
shown in Fig. 3‐1C, the control medium only slightly closed the “wounded” area 
following  overnight  incubation  (panel  c’  versus  panel  a’),  likely  due  to  coated 

74
collagen‐driven  cell  migration  (Li  et  al.  2004a).  Incubation  with  the  HKC‐CM, 
however, caused complete closure of the wounded area (panel d’), similar to the 
TGF α‐stimulated migration (panel b’). The data was quantitated as “average gap” 
(AG) of the unclosed space (Li et al. 2004c). 10x HKC‐CM was chosen, because it was 
the lowest concentrated HKC‐CM that reached a plateau pro‐motility activity (Fig. 
3‐2). 
 
Interestingly, unlike the dual effects of TGF α on cell migration and growth, HKC‐
CM showed little mitogenic effects on either epidermal or dermal cells. As shown in 
Fig. 3‐1D, TGF α strongly stimulated DNA synthesis in HKCs, as expected (bar 4 vs. 
bar 1). In comparison, HKC‐CM showed little stimulation of DNA synthesis (bar 7). 
Similar effects of HKC‐CM on HDMECs (bar 8 vs. bar 2) and DFs (bar 9 vs. bar 3) 
were  observed.  In  comparisons,  PDGF‐BB  and  FBS  strongly  stimulated  DNA 
synthesis in these cells (bars 5 and 6), as expected. In contrast, we found that HKC‐
CM was also able to stimulate migration of DFs and HDMECs. As shown in Fig. 3‐
1E, in comparison to the pro‐motility effects of PDGF‐BB and FBS, respectively (bars 
5 and 6), HKC‐CM showed an equivalent level of stimulation of HDMEC (bar 8) and 
DF (bar 9) migration. Therefore, this yet‐to‐be identified pro‐motility activity in the 
HKC‐CM has so far satisfied two of the three proposed criteria, i.e. 1) a secreted 

75
factor(s) and 2) with motogenic but not mitogenic effect on all the major types of 
human skin cells involved in wound healing. 
 
Exported hsp90 α is fully responsible for motogenic activity in HKC‐CM.  
What is the factor(s) in HKC‐CM that promotes skin cell migration? An SDS‐PAGE 
slab gel and silver staining of HKC‐CM, as shown in Fig. 3‐3A, revealed multiple 
proteins with a wide range of molecular masses (left column). To identify which of 
these proteins is responsible for the pro‐motility activity found in HKC‐CM, we 
started to purify HKC‐CM. The detailed purification procedures are discussed in 
Materials & Methods section. 

76
Fig. 3‐1 Secretion of TGF α‐treated HKCs promotes skin cell migration, but not 
proliferation.  (A)  The  outline  for  preparing  serum‐free  conditioned  medium  of 
HKCs (HKC‐CM) and control medium (Con). (B) Comparison of HKC‐CM with 
TGF α in stimulation of HKC migration using the colloidal gold migration assay 
(Methods)  n=4,  p  <  0.05.  An  average  size  of  the  migration  tracks  under  each 
condition was marked with an open circle. (C) Comparison of HKC‐CM with TGF α 
on HKC migration in the “scratch” assay. AG, average gap (Methods), n=3, p < 0.05. 
(D) Unlike serum growth factors, HKC‐CM did not cause DNA synthesis in major 
human  skin  cell  types,  HKCs,  DFs  (dermal  fibroblasts)  and  HDMECs  (human 
dermal microvascular endothelial cells). n=4. Bars with * are statistically significant 
over serum‐free controls,  p < 0.01. (E) Comparison of HKC‐CM on migration of 
HKCs,  DFs  and  HDMECs  with  serum  growth  factors  using  the  colloidal  gold 
migration assay. Only Migration Index (MI) of the experiments is shown, n=3, Bars 
with * are statistically significant over their serum‐free controls, p < 0.05. 

77
HKs on collagen in
medium w/ TGF α
Remove medium
and rinse 5x w/ PBS
Add serum-free medium,
rinse and save as control (Con.)
Add serum-free medium
& incubate overnight
Collect conditioned medium
(HKC-CM)
Concentrating &
migration assays
A.
SF+ TGF α Con.
a
b
c
d
MI (%):
7 ± 2.6
25 ± 3.1
8 ± 1.7
29 ± 4.2
B.
a’
d’
AG (%):        
100 ± 13
23 ± 14
78 ± 9.6
19 ± 16
SF/ 0 hr
C
.
D.
b’
Con./16 hr
c’
[
3
H-Thymidine] Incorp. (fold increase)
1
2
3
serum-free HKC-CM
(10 x)
1    2   3  4    5   6       7   8   9      
4
HDMEC HK
DF
Migration Index (%)
10
20
HK
30
serum-free
HKC-CM
(10x)
E.
1    2   3  4    5   6      7   8   9      
HDMEC DF
*
*
*
*
*
*
*
*
*


78
Fig. 3‐2. Dose‐dependent pro‐motility effect of HKC‐CM. HKC‐CM, collected from 
human keratinocyte culture, is defined as 1x. The protein contents of this medium 
was then concentrated to 5x, 10x, 20x and 40x and tested for their ability to promote 
HK migration in comparison to the effect of TGF α. 10x HKC‐CM gave rise to a 
TGF α‐equivalent stimulation of the cell migration. Quatitation and statistic analyses 
are detailed in Methods. 
 
10
20
Migration Index (%)
30
Con.
HKC-CM
1    2       3    4     5      6       7     8     9      10
TGF α (ng/ml)
5     10   15     20
1x     5x   10x    20x  40x
 

79
 
The  protein  contents  of  ten  liters  of  HKC‐CM  were  concentrated  100  fold  and 
subjected  to  FPLC  (Fast  Protein  Liquid  Chromatography),  as  diagrammed 
schematically  in  Fig.  3‐3A  (middle  column,  see  a  detailed  protein  purification 
procedure in Table 1). Fractions 17‐18 of the final chromatography (Superdex 200), 
which contained a peak of pro‐motility activity, were pooled, concentrated and 
resolved by SDS‐PAGE. Silver stain of the SDS gel revealed four major polypeptides. 
Mass  spectrometry  analyses  of  the  excised  individual  bands  unveiled  four 
previously known gene products. From high to low molecular masses they were: 
heat  shock  protein‐90 α  (hsp90 α),  autocrine  motility  factor  (AMF)/neuroleukin, 
fibronectin isoform 6 preproprotein and 14‐3‐3 σ. To narrow down if any of the 
proteins is responsible for the motogenic activity in HKC‐CM, the recombinant 
forms of these four proteins were individually tested. As shown in Fig. 3‐3B, we 
surprisingly discovered that recombinant hsp90 α stimulated HKC migration in a 
dose‐dependent manner, which was equivalent to TGF α stimulation (bars 3‐6 vs. bar 
2). In contrast, neither AMF nor 14‐3‐3 σ showed any significant pro‐motility effects 
on HKCs (bars 8‐11 or bars 12‐15 vs. bar 1). We reported previously that fibronectin 
minimally stimulates HKC migration (Li et al. 2004c). 

80
 
To prove the physical presence of hsp90 α protein in HKC‐CM and estimate its 
working  concentration  in  comparison  to  recombinant  hsp90 α,  10x  HKC‐CM, 
together with a series of known amounts of recombinant hsp90 α proteins, was 
subjected to anti‐hsp90 α Western blotting analyses. As shown in Fig. 3‐3C, based on 
a standard curve generated from the increasing amounts of recombinant hsp90 α 
(lanes 1, 2, 3), 10x HKC‐CM contained 0.06‐0.08  µM of hsp90 α, which is close to the 
optimal pro‐motility effect of 0.1  µM of recombinant hsp90 α (see Figure 3B, bar 5). 
To verify that hsp90 α is the pro‐motility factor in HKC‐CM, we depleted hsp90 α 
from HKC‐CM by anti‐hsp90 α antibody immunoprecipitation and then tested the 
hsp90 α‐free  HKC‐CM  on  HKC  migration.  As  shown  in  Fig.  3‐3D,  anti‐hsp90 α 
antibody depletion eliminated the pro‐motility activity of HKC‐CM in antibody 
dose‐dependent  manner  (bars  6‐10).  In  contrast,  neither  a  control  IgG  nor 
neutralizing antibodies against AMF or 14‐3‐3 σ showed any inhibitory effect on 
HKC‐CM‐stimulated HKC migration (bars 3, 4 5 vs. bar 2). These results clearly 
indicated that the pro‐motility activity in HKC‐CM is hsp90 α.  

81
Fig. 3‐3 Identification of hsp90 α from HKC‐CM. (A) 50  µl of 20x HKC‐CM was 
analyzed by SDS‐PAGE and silver stain (left column). Migration assays were used to 
identify the “positive” fraction(s) of purification that contained the peak of pro‐
motility activity. Pooled and concentrated materials of the #17‐18 fractions from the 
final Superdex 200 chromatography were resolved in SDS gel and silver stained 
(right column). The four identifiable bands were excised and subjected to mass 
spectrometry analyses and their identities are shown (arrows). (B) Recombinant 
proteins  of  human  hsp90 α,  AMF  and  14‐3‐3 σ  were  individually  tested  for 
stimulation  of  HKC  migration,  in  comparison  to  the  stimulation  of  TGF α.  The 
results of the colloidal gold migration assays are shown as Migration Index (MI), n=3, 
Bars with * are statistically significant over the control, p < 0.05. (C) Samples with 
known amounts of recombinant hsp90 α, as indicated, were loaded side‐by‐side with 
increasing  volumes  of  a  10x  HKC‐CM  on  an  SDS  gel  and  subjected  to 
immunoblotting  analysis  with  an  anti‐hsp90 α  antibody.  A  standard  curve  was 
established based on densitometry scanning of the control bands and was used to 
estimate the amount of hsp90 α in HKC‐CM. n = 3. (D) Neutralizing antibodies 
against human hsp90 α (bars 6‐10), AMF (bar 4) or 14‐3‐3 σ (bar 5) or control IgG (bar 
3)  were  used  to  “deplete”  each  of  the  corresponding  antigens  in  HKC‐CM  by 
immunoprecipitations. The treated HKC‐CM were tested for their stimulation of 

82
HKC migration in colloidal gold migration assays. Only MI of the experiments is 
shown. n=4, Bars with * are statistically decreases over the positive controls, p < 0.01. 
 
 

83
 
We were curious whether secretion of hsp90 α is a general event in other types of 
skin cells stimulated with growth factors, i.e. DFs, HDMECs and melanocytes (MC). 
As shown in Fig. 3‐4A, we found that hsp90 α was undetectable in CM of PDGF‐BB‐
stimulated DFs (lane 1), VEGF‐stimulated HDMECs (lane 4) or FBS‐stimulated MCs 
(lane 3). However, a 90‐kDa protein was clearly detected in TGF α‐stimulated HKC‐
CM (lane 2) that co‐migrated with the recombinant hsp90 α control (lane 5). We then 
tested whether hsp90 α also satisfies our third criterion, i.e. not a mitogen. As shown 
in Fig. 3‐4B, consistent with the lack of mitogenic effect in HKC‐CM, recombinant 
hsp90 α was unable to cause any significant increase in DNA synthesis in the three 
primary human skin cell types studied (bars 7‐9). 
 
As far as the intracellular hsp90 α levels were concerned, we observed that HKCs 
and  DFs  had  similar  levels  and  HDMECs  showed  a  slightly  lower  level  of 
intracellular hsp90 α proteins (Fig. 3‐4C, panels a and b). Hsp90 β was included as a 
specificity control. HKCs showed a lower expression and DFs and HDMECs showed 
similar levels of hsp90 β (Fig. 3‐4C, panels c and d). To examine the expression of 
hsp90 α  versus  hsp90 β  (control)  in  vivo  with  monoclonal  antibodies  specifically 
against either hsp90 α or hsp90 β, as shown in Fig. 3‐4D, we found that hsp90 α 

84
staining is significantly stronger in the epidermis than in the dermis (panel b vs. 
panel a). In reverse, hsp90 β staining was strongly detected in the dermis, but weakly 
in the epidermis (panel e vs. panel d).  
 
TGF α stimulates hsp90 α translocation and secretion selectively in HKCs via the 
exosome pathway.  
Based on the above findings, we speculated that TGF α should stimulate membrane 
translocation and secretion of intracellular hsp90 α in HKCs, but not in dermal cells. 
To  test  this  hypothesis,  we  undertook  two  independent  approaches,  1)  direct 
immunostaining the endogenous hsp90 α with a monoclonal anti‐hsp90 α antibody 
and 2) detection of secreted hsp90 α from the conditioned media. As shown in Fig. 3‐
5A, TGF α stimulation caused a rapid and robust membrane relocation and cell 
surface clustering of hsp90 α in a time‐dependent manner in HKCs (left column, 
panels b to d vs. panel a). The accumulation of hsp90 α, particularly between 15 min 
to  60  min  following  TGF α  stimulation,  was  so  overwhelming  that  it  formed 
“budding  structures”  toward  outside  the  cell  membrane  (panels  c  and  d,  see 
inserted  enlargement).  In  fact,  this  translocation  could  occur  as  rapidly  as  two 
minutes following TGF α stimulation (Fig. 3‐6). The presence of cyclohexamide, a 
common protein synthesis inhibitor, showed no inhibitory effect on the translocation 

85
(data not shown). Interestingly, however, no detectable hsp90 α relocation occurred 
in DFs in response to PDGF‐BB, a potent DF pro‐motility factor (right column, 
panels a’ to d’). More surprisingly, as shown in Fig. 3‐5B, although TGF α can also 
stimulate DF migration, it was unable to induce any detectable membrane relocation 
of hsp90 α in DFs (panel d), as it did in HKCs in a side‐by‐side experiment (panel b). 
The reason remains unknown. 
 
To verify directly that TGF α stimulation causes further secretion of hsp90 α from 
HKCs, two identical dishes of serum‐starved HKCs were either untreated or treated 
with  TGF α  for  four  hours.  Both  conditioned  media  and  total  cell  lysates  were 
comparatively analyzed by Western blot with an anti‐hsp90 α specific antibody. As 
shown  in Fig.  3‐5C,  TGF α  stimulation  resulted  in  a  detectable  decrease  in  the 
intracellular hsp90 α level (panel a, lane 2 vs. lane 1). Anti‐ β‐actin blot was used as 
the loading control (panel b). Consistently, TGF α stimulated a concomitant increase 
in secreted hsp90 α in the conditioned medium over a basal level (panel c, lane 2 vs. 
lane 1). Thus, these data provided direct evidence that TGF α stimulates secretion of 
hsp90 α from its pre‐existing intracellular pool. Estimation of the secreted hsp90 α 
versus the total intracellular hsp90 α at both four hour and 16‐hour (overnight) time 
points revealed 16‐20% secretion from the intracellular hsp90 α pool.  

86
Fig. 3‐4 Hsp90 α is secreted selectively by HKCs and has no mitogenic effect. (A) 
Equal volumes of serum‐free CM from four major types of primary human skin cells, 
HKCs,  DFs,  HDMECs  and  MCs  (melanocytes),  were  analyzed  by  Western 
immunoblotting  with  anti‐hsp90 α  antibodies.  Commercial  human  recombinant 
hsp90 α protein was included as the positive control. (B) Serum‐starved HKCs, DFs 
and HDMECs were untreated or treated with indicated stimuli in [
3
H]‐thymidine 
incorporation assays. The data was presented as fold increases, based on triplicates 
per condition. Arrows point to the effect of hsp90 α (bars 7‐9), in comparison to the 
expected  mitogenic  effect  of  GF  stimulation  (bars  4‐6),  n=3.  Bars  with  *  are 
statistically significant over serum‐free controls, p < 0.01. (C) Comparison of the total 
cellular levels of hsp90 α (panels a, b) versus hsp90 β (panels c, d) among epidermal 
HKCs, dermal DFs and dermal HDMECs in Western blot analyses with anti‐hsp90 α 
antibodies. These experiments were repeated four times and similar observations 
were  made.  (D)  Normal  human  skin  sections  were  subjected  to  indirect 
immunofluorescence staining with the antibodies against hsp90 α (panel b), hsp90 β 
(panel d) or corresponding IgG controls (panels a and c). The images show skin 
tissue distribution of hsp90 α (b), hsp90 β (d). Dotted lines refer to the basement 
membrane zone of skin. Derm, dermis; Epi, epidermis. 


87
Fig. 3‐5 TGF α stimulates membrane translocation and secretion of endogenous 
hsp90 α selectively in HKCs. (A) HKCs, cultured on collagen‐coated coverslips and 
serum‐starved  overnight,  were  either  untreated  or  treated  with  an  optimal 
concentration of TGF α (20 ng/ml) for the indicated periods of time (also see detailed 
kinetics in Fig. 6). In the same experiments, PDGF‐BB‐treated DFs were included as 
a cell type‐specificity control. Both cell types were fixed and immunostained with a 
monoclonal  antibody  specifically  against  human  hsp90 α.  The  results  were 
visualized  by  fluorescence‐conjugated  secondary  antibody.  80‐120  cells  per 
condition  were  randomly  selected  and  analyzed.  Under  each  condition,  a 
representative image and the percentage of the cells that shared the image over the 
total  number  of  the  cells  examined  is  shown.  (B)  HKCs  and  DFs  were 
simultaneously cultured, serum starved and treated with TGF α. As shown, TGF α 
stimulates hsp90 α membrane translocation selectively in HKCs, but not in DFs. (C) 
Serum‐starved HKCs were untreated or treated with 20ng/ml TGF α for four hours. 
Both total lysates and equal volumes of serum‐free conditioned media (concentrated 
from 4ml to 50  µl prior to gel analysis) were subjected to Western blot with an anti‐
hsp90 α  antibody.  TGF α‐induced  decrease  in  the  intracellular  hsp α  versus  the 
untreated cells was averaged based on results of four independent experiments. n=4, 
p < 0.05. 

88
Cell % w/
the image
91
79
84
77
TGF α
-
+15’                                  
+30’                                    
+60’
Cell % w/
the image
86
85
89
76
PDGF
-
+15’                                  
+30’                                    
+60’
a
b
e
a’
b’
c’
d’
e’
A.
d
c
HK DF
-
DFs HKs
C d
a b
B.
a
TGF α (30’) TGF α (30’)
-
Cell %
w/ the image: 96 ± 4.5                        81 ± 9.7                              90 ± 6.4                         88 ± 5.3
C.
TGF α:   - +
(equal volum e)
TGF α:   - +
extracellular intracellular
1        2
hsp90 α hsp90 α
β-actin
c.
a.
b.
%:  100     72
 

89
Fig. 3‐6. Detailed Kinetics of TGF α stimulated membrane translocation of hsp90 α 
in HKs. HKs, cultured on collagen‐coated coverslips and serum‐starved overnight, 
were either untreated or treated with an optimal concentration of TGF α (20 ng/ml) 
for  the  indicated  periods  of  time.  Cells  were  fixed  and  immunostained  with  a 
monoclonal  antibody  against  human  hsp90 α.  The  results  were  visualized  by 
fluorescence‐conjugated  secondary  antibody.  80‐120  cells  per  condition  were 
randomly selected and analyzed. Under each condition, the representative image 
plus the percentage of the cells that shared the similar image over the total number 
of the cells examined are shown. 
a b cd
e
f
g
h
TGF α:             - 2’                    5’                   15’
TGF α:           30’                60’                   90’            120’
 

90
 
We  confirmed  the  observation  by  constructing  and  introducing  GFP  (green 
fluorescent protein)‐linked wt and ATP‐binding and ATPase mutants of human 
hsp90 α  fusion  genes.  Results  of  the  experiments  clearly  showed  that  TGF α 
stimulation increased the amount of extracellular GFP‐hsp90 α. Mutations in ATP‐
binding  and  ATPase  domains  of  hsp90 α  decreased  the  efficiency  of  membrane 
translocation  in  response  to  TGF α  (Fig.  3‐7A).  Furthermore,  TGF α  stimulation 
caused a time‐dependent secretion of the GFP‐hsp90 α fusion protein (Fig. 3‐7B).  
 
Finally, to investigate the mechanism by which hsp90 α was exported, we asked the 
question of whether secretion of hsp90 α is mediated by the classical endoplasmic 
reticulum/Golgi transport pathway or via the non‐conventional “exosome traffic 
pathway”. We took advantage of two inhibitors, Brefeldin A (BFA) and dimethyl 
amiloride (DMA), which block classical‐ and exosome‐mediated protein secretion, 
respectively (Savina et al. 2003; Lancaster and Febbraio 2005). In addition, confocal 
microscopy was used to analyze hsp90 α membrane translocation at a specific layer 
of  the  cells.  As  shown  in Fig.  3‐8A,  TGF α  stimulation  caused  clear  membrane 
translocation of hsp90 α (panel f vs. a). DMA inhibited the membrane translocation 
in a dose‐dependent fashion (panels g to i vs. panel f). In contrast, BFA even at its 

91
reported  high inhibitory concentration showed little effect (panel j  vs. panel  f). 
Vehicle alone treated cells were included as positive controls (panel f vs. panel a). 
Furthermore, similar inhibition of TGF α‐stimulated secretion of hsp90 α by of DMA 
was observed. As shown in Fig. 3‐8B, DMA (lane 6), but not BFA (lane 4) almost 
completely blocked hsp90 α secretion into the extracellular environment by HKCs in 
response to TGF α (panel a, lane 6 vs. lanes 2 and 4). As expected, as shown in Fig. 3‐
8B,  DMA  blocked  secretion  of  hsp70,  another  well‐known  exosome‐mediated 
secretion (panel b, lane 6) (Clayton et al. 2005; Lancaster and Febbraio 2005), and 
BFA blocked the classical endoplasmic reticulum/Golgi transport pathway‐mediated 
secretion of MMP10 (panel c, lane 4)). These data indicated that TGF α stimulates 
secretion of hsp90 α in HKCs via the exosome pathway.  

92
Fig. 3‐7. ATPase activity is required for hsp90 α secretion. Four GFP hsp90 α fusion 
genes, including GFP‐hsp‐90 α‐wt, GFP‐hsp90 α‐E47A, GFP‐hsp90 α‐E47D and GFP‐
hsp90 α‐D93N, were constructed into lentiviral vector pRRLsin‐CMV and were used 
to individually infect HKCs (Fan et al, 2005). (A) In the absence of TGF α stimulation, 
both wt and the mutants of GFP‐hsp90 α spread the entire cells (panels a, e, i and m).  
TGF α  stimulation  caused  cell  surface  relocation  of  GFP‐hsp90 α‐wt  in  a  time‐
dependent  fashion  (panels  b‐d,  pointed  by  arrows).   TGF α  also  caused  a  clear 
relocation of the GFP‐D93N mutant, but the percentage of the cells showing the 
relocation, was decreased to one half (panels f, g, h).  The percentage of the cells, 
which showed TGF α‐stimulated GFP‐E47D relocation, was 70‐80% (panels j, k, l, but, 
this number was reduced to 20‐30% for the cells expressing E47A mutant (panels n, 
o, p). These data suggested that the ATP‐binding function and ATPase activity of 
hsp90 α are required for efficiency of its membrane translocation in response to 
TGF α. (B) The conditioned media (CM) of un‐stimulated or TGF α‐stimulated cells 
expressing GFP‐vector alone or GFP‐hsp90 α‐wt were immunoblotted with an anti‐
GFP antibody.  No secretion of the control GFP proteins were detected (lanes 1 and 
2). A small amount of basal level of GFP‐hsp90 α was detected (lanes 3 and 5). 
However, TGF α stimulation significantly increased the amount of extracellular GFP‐
hsp90 α (lanes 4 and 6). 

93
TGF α:            - 15’                    30’                60’
D93N
E47D
wt
a b
c
d
e f
g
h
i j
k l
91%
86% 92% 90%
97% 44%
53% 67%
76% 92% 71% 80%
o p
E47A
31% 99% 27% 23%
m n
o
p
A.
B.
TGF α:     - 8h       - 2h    - 8h
hsp90 α
1           2       3      4      5       6
GFP                         GFP-hsp90-wt
Blot w/
Anti-GFP
 

94
Fig. 3‐8 The exosome pathway mediates TGF α‐induced membrane translocation 
and secretion of hsp90 α in HKCs. (A) HKCs, were either untreated or treated with 
TGF α (20 ng/ml) in the absence or presence of the indicated concentrations of DMA 
or BFA for 15 min. The experiments and data quantitation were carried out as 
described for Figure 5A. (B) Conditioned media (concentrated from 4ml to 50  µl 
prior to gel analysis) of the cells, either untreated or treated with 20ng/ml TGF α in 
the absence or presence of DMA or BFA and for four hours, were subjected to 
Western blot with anti‐hsp90 α antibodies. Equal loading of the samples is controlled 
at three levels: 1) equal numbers of the cells in different dishes of culture, 2) equal 
volumes of the media added to the dishes and 3) further calibration of the volumes 
of loading samples against the cell numbers at the end of the incubation. 
Control                            0.6 nM                               3 nM                                 15nM            
10 µg/ml
96.6%                            94.6%                              95.3%                               92.6%            
94%    
76.2% 71.2%                               58.8%                                  73.8%
89%
-
+TGF
DMA BFA
A.
TGF:    - +       - +        - +
Hsp90 α
(secreted)
DMA BFA
control
1         2         3        4       5        6
B.
f                                  g                                   h                                 i                   j    
a                                 b                                 c                                   d                    e          
Hsp70
(secreted)
MMP10
(secreted)
a. b.
c.
1         2         3        4       5        6 1         2         3        4       5        6
TGF:    - +       - +        - +
DMA BFA
control
TGF:    - +       - +      - +
DMA BFA
control
 

95
 
The ATP‐binding, ATPase and functional domains of Hsp90 α in promoting cell 
migration. Hsp90 α is an ATP‐binding protein and has an intrinsic ATPase activity, 
both of which are required for its intracellular chaperon function in the so‐called 
hsp90 chaperone cycle (Obermann et al. 1998; Young et al. 2001; Richter and Buchner 
2001a). Therefore, we asked whether these activities are also required for hsp90 α’s 
extracellular function to promote cell migration. His‐tagged recombinant proteins of 
hsp90 α‐wt, hsp90 α‐E47A, hsp90 α‐E47D and hsp90 α‐D93N proteins were produced 
in bacteria, isolated by Ni‐NTA column and FPLC‐purified (Fig. 3‐9A). To verify the 
effects of the mutations, we subjected the purified proteins to the in vitro ATPase 
assay. As shown in Fig. 3‐9B, hsp90 α‐wt showed an expected ATPase activity (bar 2) 
over BSA control (bar 1). Hsp90 α‐E47D showed about a half of the ATPase activity 
of  the  hsp90 α‐wt  (bar  3).  Neither  hsp90 α‐E47A  nor  hsp90 α‐D93N  had  any 
significant ATPase activity (bars 4 and 5) over the BSA control (bar 1). When these 
proteins were tested for their effects on HKC migration, however, we surprisingly 
found that none of the mutations affected the proteins’ ability to stimulate HKC 
migration. As shown in Fig. 3‐9C, the three mutant hsp90 α proteins (bars 6‐14) 
showed a dose‐dependent stimulation of HKC migration, just like the wild type 
hsp90 α (bars 3‐5) or TGF α (bar 2) stimulation. These results indicate that, unlike its 

96
intracellular action as an ATP‐dependent chaperon, extracellular hsp90 α promotes 
cell motility without the need to bind any co‐factors or ATP. 
 
What part(s) of Hsp90 α promotes migration, then? Hsp90 α is composed of an N’‐
terminal domain, a charged sequence, a middle domain and a C’‐terminal domain 
(Fig. 3‐10). To narrow down the domain that carries out the pro‐motility function of 
hsp90 α, we constructed each of the individual domains, expressed it in bacteria as 
His‐tagged proteins and purified them by FPLC (Methods). Equal molarities of the 
proteins were then tested for pro‐motility effects on HKCs. As shown in Fig. 3‐10, 
the  full‐length  (WT)  hsp90 α  showed  a  remarkable  pro‐motility  activity,  in 
comparison to the control medium. The middle domain plus the charged sequence 
(M‐1) show a similar degree of activity as the WT hsp90 α. However, the middle 
domain lacking the charged sequence showed a significantly decreased activity (M‐
2), although the charged sequence plus the entire N’‐terminal domain (N’) showed 
no stimulating activity. The two C’‐terminal domains (C’‐1 and C’‐2) both showed a 
moderate pro‐motility activity. Therefore, hsp90 α promotes HKC migration mainly 
through its middle plus the charged sequence, consistent with previous observation 
that middle domain plus the charged sequence is exposed on the surface of hsp90 α 
molecule (Nemoto et al. 1997).   

97
Fig. 3‐9 The extracellular hsp90 α promotes cell migration independently of ATP 
binding or ATPase activity. (A) Purified wild type and mutant human recombinant 
hsp90 α  proteins  (wt,  E47D,  E47A  and  D93N)  were  subjected  to  an  SDS‐PAGE 
analysis together with a commercial hsp90 α (1  µg) and a series known amounts (1‐
10  µg) of BSA. The proteins were visualized by Coomassie blue staining. (B) The 
recombinant proteins were subjected to in vitro ATPase assays (Methods), using BSA 
as the baseline control. (C) The wt, E47D, E47A and D93N mutant hsp90 α proteins 
showed similar dose‐dependent pro‐motility effect on HKCs. Only the migration 
indices were shown, n=5, p < 0.05. 
 

98
Fig. 3‐10 Hsp90 α promotes HKC migration mainly through its middle domain. 
Similar to the procedures in Figure 9, purified wild type and the indicated fragments 
of human hsp90 α proteins were: (A) verified in an SDS‐PAGE and Comassie blue 
staining  and  (B)  subjected  to  colloidal  gold  migration  assays  (0.1  µM  each), in 
comparison to control serum‐free medium. Only the migration index (MI) is shown. 
n=3. 
WT
N’
M-1
C’-1
1 272
236
629
272 629
732 617
732 635
MI(%)
19.26 ± 2.74
5.79 ± 1.32
19.73 ± 3.14
13.81 ± 3.12
12.23 ± 2.94
13.42 ± 2.52
P < 0.01
P = 0.18
P < 0.01
P < 0.01
P < 0.01
P < 0.01
Hsp90 α
M-2
Control Medium
C’-2
4.95 ± 1.46
236 272 629 1 723 ATP-binding
Charged
sequence
Middle domain C’ domain
WT N’ M-1 C’-1 M-2 C’-2
BSA ( µg)
5    10     20
118
100
54
38
29
20
7
kDa
1        2        3        4        5        6        7    8    9
Comassie blue stain
A.
B.
 

99
 
LRP1/CD91 is the receptor for extracellular hsp90 α to promote skin cell migration. 
To investigate how hsp90 α promotes skin cell migration from outside of the cells, 
we focused on a reported common receptor for heat shock proteins, LRP‐1 (LDL 
receptor‐related protein)/ α2‐macroglobulin receptor/CD91 (Basu et al. 2001). CD91 
consists  of  a  515‐kDa  extracellular  subunit  and  a  membrane‐anchoring  85‐kDa 
subunit, resulting from proteolytic products of a common 600‐kDa precursor (Herz 
et al. 1990). We undertook two independent approaches to study the role of CD91. 
First, we designed and delivered two shRNAs targeted against different sites on the 
CD91 mRNA by lentiviral infection to HKCs. As shown in Fig. 3‐11A, CD91‐RNAi‐1 
and CD91‐RNAi‐2 down‐regulated almost completely the endogenous CD91 protein 
(lane 2 and 3 vs. lane 1). When cells infected with lentivirus encoding a control non‐
specific shRNA were subjected to migration assays, as shown in Fig. 3‐11D, hsp90 α 
strongly stimulated HKC migration (bar 2). However, down‐regulation of CD91 
completely blocked HKC cell migration in response to hsp90 α (bars 4 and 6 vs. bar 
2). Second, we used a monoclonal neutralizing antibody to block the cell surface 
CD91, as schematically shown in Fig. 3‐11E, and similar results were obtained from 
the  experiments.  As  shown  in  Fig.  3‐11F,  hsp90 α  strongly  stimulated  HKC 
migration (bars 2 vs. bar 1). Addition of a control IgG showed little effect (bar 3). 

100
However, addition of even 3  µg/ml of anti‐CD91 antibodies completely blocked 
hsp90 α‐induced HKC migration in a dose‐dependent manner (bars 4‐6 vs. bar 2).  
 
We confirmed the importance of CD91 in hsp90 α signaling using other human skin 
cell types. In comparison to HKCs, DFs and HDMECs are not only CD91‐positive 
but express relatively even higher CD91 (Fig. 3‐11B, lanes 3 and 4 vs. lane 2). 
Dendritic cells were included as a positive control (lane 1). When CD91 in DFs was 
down‐regulated by siRNA (Fig. 3‐11C) and tested in migration assays, we found 
that hsp90 α was no longer able to stimulate migration of DFs (Fig. 3‐11G, bar 4). In 
contrast, hsp90 α still stimulated migration of the vector alone‐infected DFs (bar 2).  
 
Finally, we studied whether hsp90 α is able to bind CD91. Using GST‐hsp90 α pull‐
down assays, as shown in Fig. 3‐11H, GST alone was unable to bind any CD91 from 
the lysates of HKCs (lane 1). However, GST‐hsp90 α pulled down CD91 in a dose‐
dependent manner (lanes 2‐5). Using His‐tagged domains of hsp90 α on beads, as 
shown in Fig. 3‐11I, we observed that, among the N’‐terminal ATP binding and 
ATPase domain plus charged sequence, the middle domain plus charged sequence 
and the C’‐terminal domain, the middle domain plus charged sequence of hsp90 α 
(lane 3) bound strongest to CD91 (lanes 4 and 2). Full‐length hsp90α (lane 5), a 

101
known CD91‐binding protein, and empty beads (lane 1) were included as positive 
and negative controls, respectively. Taken together, these findings indicated that 
CD91 is a receptor for secreted hsp90 α, whose extracellular function is to promote 
migration of all CD91
+
 skin cell types during wound healing.  
 
Extracellular hsp90 α overrides TGF β inhibition to promote dermal cell migration. 
In human skin, the main body of cells in epidermis is HKCs (>90%) and the two 
main types of cells in the dermis are DFs and HDMECs. HKC migration is initiated 
immediately following wounding. The dermal cells, however, move into the wound 
approximately four days after the injury, where they deposit ECMs and remodel the 
wound after keratinocytes close the wound (Singer and Clark 1999). It has long 
remained as a puzzle how the dermal cells could have migrated into the wound, 
since the high concentration of TGF β (30‐50ng/ml) present in human serum (the 
main soluble environment in the wound) would completely block their migration 
(Roberts et al. 1980). In contrast, HKC migration is insensitive to TGF β, due to lower 
expression level of the type II TGF β receptor in the cells (Bandyopadhyay et al. 2006). 
Thus,  a  clinically  relevant  question  was  whether  or  not  the  hsp90 α‐induced 
migration  of  dermal  cells  is  sensitive  to  TGF β.  Consistent  with  our  previous 
obseravtion, as shown in Fig. 3‐12A, HKC‐CM and recombinant hsp90 α promoted 

102
migration of all three cell types (bars 7 to 12), similarly to their growth factor 
stimulation (bars 4 to 6). Based on these data, we conclude that hsp90 α is a general 
pro‐motility factor for all the major skin cell types involved in wound healing. As 
shown in Fig. 3‐12B, human plasma (HP, containing little TGF β) stimulated DF 
migration (bar 2 vs. bar 1), whereas human serum (HS, with high concentrations of 
TGF β)  completely  blocked  DF  migration  (bar  3),  consistent  with  our  previous 
findings (Bandyopadhyay et al. 2006). As expected, PDGF‐BB and hsp90 α equally 
stimulated DF migration (bar 4 vs. bar 5). However, in the co‐presence of TGF β, HP‐ 
and PDGF‐BB‐induced DF migration was completely shut down (bars 6 and 8). 
Intriguingly, TGF β was unable to inhibit hsp90 α‐stimulated DF migration (bar 9 vs. 
bar 5). The reverse was also true. When purified hsp90 α was used to “rescue” the 
inhibition of DF migration from HS or TGF β inhibition, the addition of hsp90 α 
overrode the blockage of HS or TGF β3 on PDGF‐BB‐induced DF migration (bars 11 
and 12 vs. bars 3 and 7). Therefore, the secreted hsp90 α by HKCs may subsequently 
serve as a major pro‐motility factor in the wound bed.   

103
Fig. 3‐11 CD91 receptor mediates hsp90 α signaling to promote cell migration. (A) 
Lysates of HKCs infected with lentivirus encoding either a control shRNA (LacZ‐
siRNA)  or  two  shRNAs  against  CD91  (CD91‐RNAi‐1  and  CD91‐RNAi‐2)  were 
analyzed by Western blot with an anti‐CD91 antibody. (B) CD91 expression in HKCs, 
DFs and HDMECs, in comparison to dendritic cells, was shown by Western blots. (C) 
Lysates of DFs infected with lentivirus encoding either a control shRNA (LacZ‐
shRNA) or the shRNAs against CD91 were analyzed by Western blot with an anti‐
CD91 antibody. (D) The effects of down‐regulation of CD91 by two distinct shRNAs 
on HKC migration in response to hsp90 α (10  µg/ml) were analyzed in colloidal gold 
migration assays. Bars with * are statistically significant over serum‐free controls, n 
=4, p < 0.03. (E) A schematic presentation of how neutralizing anti‐CD91 antibodies 
block the cell surface CD91 to prevent hsp90 α  binding. (F) Effect of anti‐CD91 
blocking antibody on HKC migration in response to hsp90 α. HKCs on collagen in 
colloidal gold migration assays were pre‐incubated with increasing concentrations 
of  an  anti‐CD91  neutralizing  antibody  for  30  min  (and  continued  presence 
throughout the assays) or control IgG prior to addition of hsp90 α. (G) The effects of 
RNAi down‐regulation of CD91 on DF migration in response to hsp90 α (10  µg/ml) 
were  analyzed  in  colloidal  gold  migration  assays.  Bars  with  *  are  statistically 
significant  over  serum‐free  controls,  n=3,  p  <  0.05.  (H)  Lysates  of  HKCs  were 

104
incubated with indicated amounts of GST‐hsp90 α fusion proteins or GST alone on 
beads. Beads‐bound proteins were dissociated and analyzed by Western blot with 
an anti‐CD91 antibody. (I) Lysates of HKCs were incubated with 20  µg each of three 
His‐tagged domains of hsp90 α on Ni
+
 beads. Full‐length hsp90α (FL) was used as 
positive control. The bound proteins were analyzed by Western blot with an anti‐
CD91 antibody. n=3, p < 0.05. 

105
 
 

106
Fig. 3‐12 Extracellular hsp90 α bypasses the inhibitory effect of TGF β on human 
dermal cell migration. Primary human dermal fibroblasts (DFs) were serum‐starved 
overnight and subjected to colloidal gold migration assays under either untreated or 
treated with the various reagents as indicated: human plasma (HP, 3%), human 
serum (HS, 3%), PDGF‐BB (15ng/ml) or hsp90 α (0.1  µM) in the absence or presence 
of TGF β3 (0.4 ng/ml), the critical inhibitor of dermal cell migration present in human 
serum (2). Only the migration index (MI) is shown, n=3, p < 0.05. Bars with * are 
statistically significant over serum‐free control. 
10
20
30
1      2   3     4  5   6    7     8      9  10   11  12      
*
*
*
Migration Index (%)
*
+TGF β
*
*
*
hsp90 α
Migration Index (%)
10
20
HDMEC HK DF
30
serum-free
HK-CM
(10x)
1    2    3    4    5    6      7    8   9    10   11  12
hsp90 α
(0.1 µM)
B. A.
DFs
 

107
 
DISCUSSION 
In the current study, we provide evidence that TGF α triggers HKCs to secrete 
hsp90 α and the extracellularly‐located hsp90 α in turn acts as a pro‐motility factor on 
all major human skin cell types. Among the major cell types in skin, only HKCs 
secrete hsp90 α. Mechanistically, TGF α triggers a rapid membrane translocation of 
hsp90 α and its secretion to extracellular environment via the exosome pathway. 
Among the four domains of hsp90 α, only the middle domain plus the charged 
sequence is able to fully duplicate the pro‐motility effect of the full‐length hsp90 α, 
independently of its ATP‐binding and ATPase functions. Furthermore, extracellular 
hsp90 α promotes migration of both epidermal and dermal cells though the cell 
surface receptor LRP‐1/CD91. Physiologically significant, this study showed that the 
extracellular hsp90 α‐induced skin cell migration could no longer be inhibited by 
TGF β,  which  is  abundantly  present  in  skin  wounds.  TGF β  potently  inhibits 
canonical growth factor‐stimulated migration of DFs and HDMECs, and, therefore, 
our finding provides an explanation for the first time how the dermal cells move 
into the wound bed in the presence of TGF β. A schematic representation of these 
findings is shown in Fig. 3‐13. In support of this model in vivo, we recently reported 
that topical application of purified hsp90 α enhanced skin wound healing in nude 

108
mice (Li et al. 2007). Taken together, we propose that following wounding increased 
TGF α  from  the  serum  stimulates  HKCs  to  secrete  hsp90 α.  After  reaching  its 
threshold,  the  extracellular  hsp90 α  not  only  promotes  HKC  migration  for  re‐
epithelialization, but also recruits dermal cells to migrate into the wound for new 
connective tissue formation, new blood vessel formation and wound remodeling. 
Moreover, the hsp90 α’s TGF β‐insensitive signaling has a clear advantage over the 
canonical growth factors to promote cell migration under the TGF β‐rich micro‐
environment  of  skin  wounds.  Considering  the  fact  that  TGF β  potently  inhibits 
dermal cell migration, such as DFs and HDMECs (Bandyopadhyay et al. 2006), 
extracellular hsp90 α may represent a bona fide physiological driving force for dermal 
cell migration into the wound bed to participate in wound healing.  

109
Fig. 3‐13 A schematic summary: the TGF α > hsp90 α secretion > skin cell migration 
>wound  healing  model.  Following  skin  injury,  paracrine‐  or  autocrine‐released 
TGF α stimulates membrane translocation and secretion of the pre‐existing hsp90 α 
proteins in HKCs. Secreted hsp90 α jumpstarts HKC migration, a critical event of the 
re‐epithelialization  process,  by  binding  to  the  LRP‐1/CD91  receptor  on  the  cell 
surface.  After  the  extracellular  hsp90 α  also  defuses  into  and  reached  certain 
concentration in the wound bed, it induces migration DFs and HDMECs from the 
cut  edge  into  the  wound  bed  even  under  “hazard”  conditions:  no  adequate 
concentrations of ATP and the presence of pontent motility inhibitors, such as TGF β. 
Thus, extracelluar hsp90 α may be a useful target for skin wound healing. 
 
Integrin
ECM
hsp90 α
hsp90 α
TGF α
EGFR
hsp90 α
keratinocyte
LRP-1/
CD91
?
CD91
+
Dermal Cell Migration
Unknown
mechanism?
skin wound repair
Re-
epithelailization
Migration
Remodeling &
Neovascurization
 

110
 
Historically, the hsp90 family chaperons regulate folding, transport, maturation, and 
degradation of a diverse, but selective, set of client proteins, in particular signaling 
molecules  (Richter  and  Buchner  2001a;  Neckers  and  Ivy  2003).  Recently, 
extracellularly‐located hsp90 proteins have also been reported. Liao and colleagues 
showed that oxidative stress causes sustained release of  hsp90 α, which in turn 
stimulates activation of ERK1/2 in rat vascular smooth muscle cells (Liao et al. 2000). 
Jay and his colleagues identified hsp90 α, but not hsp90 β, in the conditioned media 
of tumor cells (Eustace et al. 2004). Moreover, two groups showed that heat stress 
causes increased secretion of hsp90 and hsp70 (Clayton et al. 2005; Lancaster and 
Febbraio 2005). Yu and colleagues showed that  γ radiation stimulates secretion of 
hsp90 β into conditioned medium in a p53‐dependent manner (Yu et al. 2006). As 
previously  mentioned,  these  proteins  have  to  undergo  the  exosome‐mediated 
exocytosis that exports cellular proteins that lack a signal sequence. In contrast, these 
proteins  cannot  be  secreted  via  the  conventional  endoplasmic  reticulum/Golgi 
transport  pathway.  Exosomes,  also  called  ‘intraluminal  vesicles’  (ILVs),  are 
contained within the multivesicular bodies (MVBs), whose known function is to act 
as an intermediate in the degradation of proteins internalized from the cell surface 
or sorted from the trans Golgi organelle (Denzer et al. 2000; Thery et al. 2002). 

111
However, MVBs and their exosomes can also fuse with the plasma membrane to 
release the cargo proteins into the extracellular space (Stoorvogel et al. 2002; Fevrier 
and Raposo 2004). In fact, all of the proteins that have been identified in exosomes 
are located in the cell cytosol or endosomal compartments, never in endoplasmic 
reticulum, Golgi apparatus, mitochondria or the nucleus (Stoorvogel et al. 2002). 
Hsp90 α has been identified in exosomes (Hegmans et al. 2004; Clayton et al. 2005). 
In this paper, our data links EGFR activation to the exosome pathway, leading to 
membrane translocation and secretion of hsp90 α. How EGFR communicates with 
the MVB protein trafficking pathway remains an unanswered question.  
 
How does extracellular hsp90 α promote cell migration? Jay and his colleagues 
showed that extracellular hsp90 α, but not hsp90 β, interacts with and acts as an 
activator of the matrix metalloproteinase 2 (MMP2), and functional inhibition of 
extracellular hsp90 α inhibited tumor invasion (Eustace et al. 2004). However, unlike 
hsp90 α, which is able to duplicate the full pro‐motility effect of TGF α on HKCs, 
there is no evidence that addition of any recombinant MMP alone can promote cell 
motility. In addition, presence of MMP inhibitors, such as GM6001 or MMP 
Inhibitor III, had little inhibitory effect on hsp90 α‐stimulated HKC migration 
(unpublished results). Instead, we provided evidence that CD91 is the cell surface 

112
receptor that mediates hsp90 α signaling to promote cell migration. CD91 is found in 
monocytes, hepatocytes, fibroblasts and keratinocytes (Herz et al. 1990; Kristensen et 
al. 1990; Strickland et al. 1990; Vandivier et al. 2002). We showed that the three major 
skin cell types, HKC, DFs and HDMECs, were all CD91‐positive and all responded 
to the pro‐motility effect of hsp90 α. Basu and colleagues have shown that released 
hsp90 α binds to CD91, triggering macrophages to secrete cytokines and causing 
dendritic cells to express antigen‐presenting and co‐stimulatory molecules (Basu et 
al. 2000; Basu et al. 2001). Besides hsp90 α, other extracellular heat shock proteins 
that bind CD91 include gp96, hsp60, hsp70 and calreticulin (CRT) (Basu et al. 2001; 
Ogden et al. 2001; Habich et al. 2002; Vandivier et al. 2002). However, while CD91 is 
a common receptor for heat shock proteins, not every CD91‐binding heat shock 
protein was able to stimulate cell migration. In our hands, for instance, recombinant 
CRT showed no detectable pro‐motility effect on HKCs, in comparison to hsp90 α or 
TGF α (unpublished data). Therefore, the outcomes of CD91 activation may depend 
upon binding to its 515‐kDa extracellular domain by specific heat shock proteins, 
such as hsp70 for antigen presentation (Binder et al. 2004) and hsp90 α for cell 
migration. Interestingly, RNAi down‐regulation of CD91 did not block TGF α‐
stimulated HKC migration in vitro (Cheng, CF and Li, W unpublished data), 
 

113
supporting again our hypothesis that the HKC‐secreted hsp90 α is physiologically 
important for recruiting the dermal cells into the wound. 
 
Hsp90 α  is  composed  of  an N’‐terminal  domain,  a  charged  sequence  (linker),  a 
middle domain and a C’‐terminal domain. Monoclonal antibody screening analyses 
suggest that the middle and C’‐terminal domains are exposed at the surface of 
hsp90 α protein (Nemoto et al. 1997). Crystal structures of the yeast and E. Coli hsp90 
revealed that the middle domain forms a highly conserved surface loop, suggesting 
a common role as a potential client protein binding site (Ali et al. 2006; Shiau et al. 
2006).  Our  study  showed  that  the  middle  domain  plus  the  changed  sequence 
strongly binds CD91 and contains the full pro‐motility effect compared with the full‐
length hsp90 α. Confirmation of these findings in  in vivo wound healing models 
could further reveal the therapeutic potential of hsp90 α.     
 
Finally, the observation that TGF α selectively stimulates secretion of hsp90 α in 
HKCs, but not in DFs, was unexpected, especially since TGF α can promote DF 
migration as well (Li et al. 2004a). This finding suggests a previously unrecognized 
signaling mechanism: a single growth factor can use different mechanisms in two 
geographically  close  skin  cell  types  to  execute  the  same  cellular  response,  i.e. 

114
motility. While the physiological implication of such  TGF α  signaling specificity 
remains to be studied, it is conceivable that a possible “linker” for communication 
between TGF α‐bound EGFR and hsp90 α‐containing exosomes is selectively present 
in HKCs, but absent in the dermal cell types. The nature of such a linker could be 
one  of  several  possibilities,  by  which  intracellular  signaling  molecules  interpret 
upstream signals. First, the signaling molecules can be differentially organized by 
scaffolding  proteins,  resulting  in  a  variety  of  combinations.  Second,  distinct 
locations of the same signaling molecules can dictate specific biological responses. 
Third, the strength and duration of a given signal/pathway can affect the outcomes 
of the responses. The choice of these mechanisms and their responses may vary from 
cell type to cell type (Pawson 2004). The bottom line is that differences in the cellular 
context of HKCs and DFs are responsible for determining the signaling specificity of 
TGF α. 

115
Chapter 4: Conclusion 
In a wound, there are several growth factors, cytokines, chemokines, MMPs, and 
other secretory molecules. Certain molecules in the messy environment are capable 
of stimulating skin cell migration and facilitating wound healing. Identifying such 
factors  would  be  valuable  in  treating  unhealed  wounds.  In  order  to  better 
understand the molecular mechanism of wound healing, we decided to focus on the 
rate limiting step of wound healing—re‐epithelialization, which is directly achieved 
by lateral migration of keratinocytes around the wound area.  
 
Previous findings in our lab showed that TGFα and insulin are the two most potent 
growth factors present in human serum that stimulate HK migration (Li et al. 2006a). 
In  addition,  TGFβ  blocks  HK  proliferation  without  affecting  migration 
(Bandyopadhyay  et  al.  2006).  We  studied  the  early  gene  expression  profile  of 
migrating  HK  by  1)  adding  TGFβ  to  block  proliferation  related  genes  and  2) 
selecting common genes regulated by both TGFα and insulin to eliminate factor 
specific  genes.  We  identified  101  genes  using  these  strategies.  These  genes  are 
potential HK migration related genes.  
 

116
Among the genes identified, we selected three secretory factors MMP10, HB‐EGF, 
and CXCL3. The significance of these three genes in an in vivo wound study was 
discussed in chapter 2. These three factors also represent three types of important 
molecules in wounds: MMPs, growth factors, and chemokines. MMPs are known to 
degrade ECMs and are involved in initiating cell migration. Growth factors and 
chemokines  provide  chemotactic  signaling  to  stimulate  cell  migration  in  the 
presence of ECM signaling. Therefore, studying these factors’ role in cell migration 
is relevant to wound healing clinically. 
 
Although  we  did  not  provide  detailed  mechanism  of  the  importance  of  these 
identified genes in HK migration, the results confirmed the importance of secreted 
molecules in HK migration. This provides theoretical basis for the study in chapter 3. 
 
In chapter 3, we discussed the secretion of hsp90α by TGFα stimulated HK through 
exosome  secretion.  Several  heat  shock  proteins  are  secreted  through  exosome 
secretion by different cell types, but the mechanisms are yet clear (Clayton et al. 
2005). To our best knowledge, we report for the first time that exosome secretion can 
be stimulated by a growth factor. What is the mechanism for the TGFα stimulated 
exosome secretion? Although there is no clear answer now, there are some clues. 

117
Our  data  showed  that  the  secretion  happened  within  two  minutes  after  TGFα 
stimulation. Neither de novo protein synthesis nor gene transcription could happen 
within such a short period of time. The process is more likely to be activated by 
intracellular signaling pathways directly. Furthermore, the secretion was observed 
only in keratinocyte but not fibroblast, which suggested that the process is cell type 
specific. This phenomenon and the ability of hsp90α overriding TGFβ in stimulating 
dermal cell migration support the role of hsp90α in wound, as shown in our model 
in chapter 3. 
 
Another important question is: how does hsp90α enter ILVs? During the biogenesis 
of exosomes, there are four mechanisms for different proteins to enter exosome. First, 
cytosolic proteins can be wrapped into ILVs by non specific engulfment. Second, the 
proteins can be sorted into ILVs through the ESCRT machinery (Babst 2005). Third, 
certain proteins anchor lipid raft‐like domains or interact with proteins that anchor 
lipid raft‐like domains can be co‐sorted into ILVs by lipid affinity (de Gassart et al. 
2003). Finally, chaperone proteins, such as hsp70 and hsp90, can be driven into ILVs 
by co‐sorting with their client proteins (Geminard et al. 2004). In our study, we 
showed that the hsp90α mutant without ATPase activity fail to translocate to cell  
 

118
membrane in response to TGFα. Since ATPase activity is required for the chaperone 
functions of hsp70 and hsp90, our results are consistent with this model.  
 
CD91/LRP1 is known to bind to hsp90 (Basu et al. 2001). In our study, we further 
showed that CD91/LRP1 is the functional receptor for the motogenic effect of hsp90α. 
However, due to the huge size (600KDa) and multiple ligand binding domains, it is 
very  hard  to  study CD91  by  “rescue”  experiments.  To  overcome this  problem, 
several groups dissect the ligand binding domains of CD91/LRP1. Herz’s group 
initiated the strategy by generating a chimeric construct that contains the SRP, the 
region 2 or region 4 of CD91/LRP α subunits, and the β subunit of CD91/LRP1.They 
showed that tPA/PAI‐1 binds to region 2 of CD91/LRP1, whereas RAP binds both 
(Willnow et al. 1994). Bu’s group constructed simplified “mini‐receptors” with the 
same strategy for all four ligand binding domains of CD91/LRP1. They removed the 
EGF repeats in the mini‐receptors to reduce the size of these constructs but still 
maintained  their  functional  activities  (Obermoeller‐McCormick  et  al.  2001). 
Therefore, these mini‐receptors are easier to handle and are potentially helpful in 
studying the detailed mechanism of hsp90α induced skin cell migration.   
 
 

119
CD91/LRP1 is essential for hsp90α stimulated skin cell migration and is physically 
bound to hsp90α, but it is not clear whether CD91/LRP1 alone is enough to transmit 
the motogenic signal of hsp90α. Two members in LRP family, LRP5 and LRP6, form 
co‐receptors with Frizzled (Fz) in Wnt signaling pathway. CD91/LRP1 itself can also 
interact  with  calreticulin  (CRT)  in  several  different  events.  CRT  can  exist  in 
extracellular space as ligand for CD91/LRP1 or form co‐receptor with CD91/LRP1 to 
bind other ligands to regulate inflammatory response, help remove apoptotic cells, 
and stimulate dermal cells migration (Basu et al. 2001);(Gardai et al. 2003);(Ogden et 
al. 2001; Orr et al. 2003). Furthermore, surface CRT on apoptotic cells can trans‐
activate CD91/LRP1 on engulfing cells for apoptotic cells removal (Gardai et al. 
2005).  
 
CRT is a multiple functional protein and broadly located in the cells. It is found in 
ER  and  identified  as  a  Ca
2+
 binding  protein  that  regulates  Ca
2+
 storage  in  ER 
(Ostwald  and  MacLennan  1974);(Baksh  and  Michalak  1991).  It  is  known  as  an 
intracellular chaperone protein responsible for proper folding and quality control of 
newly synthesized glycoproteins (Spiro et al. 1996).  In addition to the intracellular 
roles, CRT is also found on cell surface. The mechanism for the translocation of CRT 
to cell surface is yet clear. Cell surface CRT is known as receptor for C1q, which is 

120
involved in classical complement pathway. When expressed on cell surface, CRT 
does not have a transmembrane domain. Therefore, CD91/LRP1 was suggested and 
reported as a co‐receptor with CRT (Ogden et al. 2001).  
 
Is CRT important for skin cell migration stimulated by hsp90α? Does CRT form co‐
receptor with CD91/LRP1 and mediate the motogenic activity of hsp90α? Our data 
showed that extracellular CRT alone has no effect on skin cell migration. Since CRT 
is a multiple functional protein both in the cell and on cell surface, it is not feasible to 
knock down the expression of endogenous CRT and study the role of CRT in skin 
cell migration. Currently, there is no direct evidence to prove the involvement of 
CRT in hsp90α stimulated skin cell migration. 
 
The pro‐motility activity of hsp90α is not universal. Our preliminary data showed 
that some cells, such as melanocyte and melanoma cells, express CD91/LRP1 but do 
not migrate in response to hsp90α. In addition, these cells expressed similar amount 
of CRT on cell surface. What is the mechanism for this cell type specific response? 
The  involvement  of  endocytotic  process  might  provide  an  explanation  for  this 
phenomenon. When  bound  to  certain  ligands,  CD91/LRP1  can  internalize these 
ligands.  Urokinase‐type  plasminogen  activator  (uPA)  is  one  of  these  ligands. 

121
Another  member  in  the  LDLR  family,  LRP1B,  can  bind  to  uPA  as  efficient  as 
CD91/LRP1  but  internalize  the  ligand  much  less  efficiently.  Consequently,  the 
function of uPA is determined by the relative expression level of CD91/LRP1 and 
LRP1B (Li et al. 2002). The result suggests that LRP1B can block uPA signaling by 
competing with CD91/LRP1. The binding ability of LRP1B to other CD91/LRP1 
ligands is unclear. However, LRP1B and CD91/LRP1 show 59% similarity in cDNA 
sequences. It is possible that LRP1B is another cell surface molecule that is involved 
in controling hsp90α signaling. Comparing the expression level of LRP1B in HK, FB, 
MC, and M24 cells would provide some hint for the involvement of LRP1B in 
hsp90α stimulated skin cell migration. 
 
Cell migration is a repeated cycle of cytoskeletal‐mediated process, which can be 
divided  into  the  following  three  stages:  membrane  protrusion,  cell  body 
translocation, and rear detachment. The protrusion in the front of the cell forms 
filopodia and lamellopodia. The process requires actin filament polymerization and 
structural  organization.  The  translocation  of  the  cell  body  is  driven  by  the 
interaction between myosin and actin filament. The rear detachment that release 
adhesions  at  the  rear  of  the  cell  depends  on  actin  filament  contraction 
(Lauffenburger and Horwitz 1996). Therefore, actin filament is strongly involved in 

122
cell migration. In our preliminary data, we observed actin filament re‐organization 
in HK and DF after hsp90α stimulation. The result further confirmed the role of 
hsp90α in skin cell migration. 
 
Wound healing is a significant problem for more than 6 million people in the United 
States. The mechanism, skin cell migration, relies on the responses of individual cells 
to  the  microenvironment.  There  are  a  lot  of  factors  in  the  wound  area  which 
contribute to the wound healing processes by different mechanisms. We identified 
hsp90α secreted by TGFα primed HKs through exosome secretion. In addition, 
hsp90α  binds  to  downstream  receptor  CD91/LRP1  as  a  novel  mechanism  in 
stimulating skin cell migration. Most importantly, dermal cell migration stimulated 
by hsp90α overrides the inhibition effect of TGFβ, which was previously shown to 
inhibit  growth  factor  stimulated  dermal  cell  migration.  Topical  application  of 
hsp90α on wounds in mice model provides a potential novel treatment for unhealed 
wounds (Li et al. 2007).  
 
Cell migration is an important process not only for skin wound repair, but for 
developmental biology, neuron biology, tumor metastasis, angiogenesis, and many 
other fields studied by basic and clinical scientists. Although a lot of questions 

123
remain to be answered to clarify the role of extracellular hsp90α in other events, 
identifying the motogenic activity of extracellular hsp90α in skin cells potentially 
provides clues for the mechanisms of cell migration in other cell types.  

124
References 
Ali, J. A., A. P. Jackson, et al. (1993). "The 43-kilodalton N-terminal fragment of the DNA
gyrase B protein hydrolyzes ATP and binds coumarin drugs." Biochemistry 32(10):
2717-24.

Ali, M. M., S. M. Roe, et al. (2006). "Crystal structure of an Hsp90-nucleotide-p23/Sba1
closed chaperone complex." Nature 440(7087): 1013-7.

Babst, M. (2005). "A protein's final ESCRT." Traffic 6(1): 2-9.

Baksh, S. and M. Michalak (1991). "Expression of calreticulin in Escherichia coli and
identification of its Ca2+ binding domains." J Biol Chem 266(32): 21458-65.

Bandyopadhyay, B., J. Fan, et al. (2006). "A "traffic control" role for TGFbeta3:
orchestrating dermal and epidermal cell motility during wound healing." J Cell Biol
172(7): 1093-105.

Basu, S., R. J. Binder, et al. (2001). "CD91 is a common receptor for heat shock proteins
gp96, hsp90, hsp70, and calreticulin." Immunity 14(3): 303-13.

Basu, S., R. J. Binder, et al. (2000). "Necrotic but not apoptotic cell death releases heat shock
proteins, which deliver a partial maturation signal to dendritic cells and activate the
NF-kappa B pathway." Int Immunol 12(11): 1539-46.

Binder, R. J., R. Vatner, et al. (2004). "The heat-shock protein receptors: some answers and
more questions." Tissue Antigens 64(4): 442-51.

Boucher, P., M. Gotthardt, et al. (2003). "LRP: role in vascular wall integrity and protection
from atherosclerosis." Science 300(5617): 329-32.

Bu, G., J. Cam, et al. (2006). "LRP in amyloid-beta production and metabolism." Ann N Y
Acad Sci 1086: 35-53.

Carter, S. B. (1967). "Haptotaxis and the mechanism of cell motility." Nature 213(5073):
256-60.

Clayton, A., A. Turkes, et al. (2005). "Induction of heat shock proteins in B-cell exosomes." J
Cell Sci 118(Pt 16): 3631-8.

Cooper, L., C. Johnson, et al. (2005). "Wound healing and inflammation genes revealed by
array analysis of 'macrophageless' PU.1 null mice." Genome Biol 6(1): R5.



125
de Gassart, A., C. Geminard, et al. (2003). "Lipid raft-associated protein sorting in
exosomes." Blood 102(13): 4336-44.

de Larco, J. E. and G. J. Todaro (1978). "Growth factors from murine sarcoma virus-
transformed cells." Proc Natl Acad Sci U S A 75(8): 4001-5.

Denzer, K., M. J. Kleijmeer, et al. (2000). "Exosome: from internal vesicle of the
multivesicular body to intercellular signaling device." J Cell Sci 113 Pt 19: 3365-74.

Eisen, M. B., P. T. Spellman, et al. (1998). "Cluster analysis and display of genome-wide
expression patterns." Proc Natl Acad Sci U S A 95(25): 14863-8.

Eliceiri, B. P. (2001). "Integrin and growth factor receptor crosstalk." Circ Res 89(12): 1104-
10.

Eustace, B. K., T. Sakurai, et al. (2004). "Functional proteomic screens reveal an essential
extracellular role for hsp90 alpha in cancer cell invasiveness." Nat Cell Biol 6(6):
507-14.

Fan, J., S. Guan, et al. (2006). "PKCdelta clustering at the leading edge and mediating growth
factor-enhanced, but not ecm-initiated, dermal fibroblast migration." J Invest
Dermatol 126(6): 1233-43.

Fantl, W. J., D. E. Johnson, et al. (1993). "Signalling by receptor tyrosine kinases." Annu
Rev Biochem 62: 453-81.

Fevrier, B. and G. Raposo (2004). "Exosomes: endosomal-derived vesicles shipping
extracellular messages." Curr Opin Cell Biol 16(4): 415-21.

Fuchs, E. and C. Byrne (1994). "The epidermis: rising to the surface." Curr Opin Genet Dev
4(5): 725-36.

Gardai, S. J., K. A. McPhillips, et al. (2005). "Cell-surface calreticulin initiates clearance of
viable or apoptotic cells through trans-activation of LRP on the phagocyte." Cell
123(2): 321-34.

Gardai, S. J., Y. Q. Xiao, et al. (2003). "By binding SIRPalpha or calreticulin/CD91, lung
collectins act as dual function surveillance molecules to suppress or enhance
inflammation." Cell 115(1): 13-23.

Geminard, C., A. De Gassart, et al. (2004). "Degradation of AP2 during reticulocyte
maturation enhances binding of hsc70 and Alix to a common site on TFR for sorting
into exosomes." Traffic 5(3): 181-93.



126
Gething, M. J. and J. Sambrook (1992). "Protein folding in the cell." Nature 355(6355): 33-
45.

Gumbiner, B. M. (1996). "Cell adhesion: the molecular basis of tissue architecture and
morphogenesis." Cell 84(3): 345-57.

Habich, C., K. Baumgart, et al. (2002). "The receptor for heat shock protein 60 on
macrophages is saturable, specific, and distinct from receptors for other heat shock
proteins." J Immunol 168(2): 569-76.

Hegmans, J. P., M. P. Bard, et al. (2004). "Proteomic analysis of exosomes secreted by
human mesothelioma cells." Am J Pathol 164(5): 1807-15.

Herz, J. and H. H. Bock (2002). "Lipoprotein receptors in the nervous system." Annu Rev
Biochem 71: 405-34.

Herz, J., D. E. Clouthier, et al. (1992). "LDL receptor-related protein internalizes and
degrades uPA-PAI-1 complexes and is essential for embryo implantation." Cell 71(3):
411-21.

Herz, J., U. Hamann, et al. (1988). "Surface location and high affinity for calcium of a 500-
kd liver membrane protein closely related to the LDL-receptor suggest a
physiological role as lipoprotein receptor." Embo J 7(13): 4119-27.

Herz, J., R. C. Kowal, et al. (1990). "Proteolytic processing of the 600 kd low density
lipoprotein receptor-related protein (LRP) occurs in a trans-Golgi compartment."
Embo J 9(6): 1769-76.

Kamal, A., L. Thao, et al. (2003). "A high-affinity conformation of Hsp90 confers tumour
selectivity on Hsp90 inhibitors." Nature 425(6956): 407-10.

Kennedy, R. E., R. T. Kerns, et al. (2006). "SScore: an R package for detecting differential
gene expression without gene expression summaries." Bioinformatics 22(10): 1272-4.

Kikuchi, A., H. Yamamoto, et al. (2007). "Multiplicity of the interactions of Wnt proteins
and their receptors." Cell Signal 19(4): 659-71.

Kristensen, T., S. K. Moestrup, et al. (1990). "Evidence that the newly cloned low-density-
lipoprotein receptor related protein (LRP) is the alpha 2-macroglobulin receptor."
FEBS Lett 276(1-2): 151-5.

Lancaster, G. I. and M. A. Febbraio (2005). "Exosome-dependent trafficking of HSP70: a
novel secretory pathway for cellular stress proteins." J Biol Chem 280(24): 23349-55.



127
Lauffenburger, D. A. and A. F. Horwitz (1996). "Cell migration: a physically integrated
molecular process." Cell 84(3): 359-69.

Li, C. and W. Hung Wong (2001). "Model-based analysis of oligonucleotide arrays: model
validation, design issues and standard error application." Genome Biol 2(8):
RESEARCH0032.

Li, W., J. Fan, et al. (2004). "Mechanisms of human skin cell motility." Histol Histopathol
19(4): 1311-24.

Li, W., J. Fan, et al. (2004a). "Mechanisms of human skin cell motility." Histol Histopathol
19(4): 1311-24.

Li, W., G. Henry, et al. (2004). "Signals that initiate, augment, and provide directionality for
human keratinocyte motility." J Invest Dermatol 123(4): 622-33.

Li, W., G. Henry, et al. (2004c). "Signals that initiate, augment, and provide directionality for
human keratinocyte motility." J Invest Dermatol 123(4): 622-33.

Li, W., Y. Li, et al. (2007). "Extracellular heat shock protein-90alpha: linking hypoxia to skin
cell motility and wound healing." Embo J 26(5): 1221-33.

Li, Y., J. Fan, et al. (2006a). "Transforming growth factor-alpha: a major human serum factor
that promotes human keratinocyte migration." J Invest Dermatol 126(9): 2096-105.

Li, Y., J. M. Knisely, et al. (2002). "Low density lipoprotein (LDL) receptor-related protein
1B impairs urokinase receptor regeneration on the cell surface and inhibits cell
migration." J Biol Chem 277(44): 42366-71.

Liao, D. F., Z. G. Jin, et al. (2000). "Purification and identification of secreted oxidative
stress-induced factors from vascular smooth muscle cells." J Biol Chem 275(1): 189-
96.

Luetteke, N. C., T. H. Qiu, et al. (1993). "TGF alpha deficiency results in hair follicle and
eye abnormalities in targeted and waved-1 mice." Cell 73(2): 263-78.

Mambula, S. S. and S. K. Calderwood (2006). "Heat shock protein 70 is secreted from tumor
cells by a nonclassical pathway involving lysosomal endosomes." J Immunol 177(11):
7849-57.

Mann, G. B., K. J. Fowler, et al. (1993). "Mice with a null mutation of the TGF alpha gene
have abnormal skin architecture, wavy hair, and curly whiskers and often develop
corneal inflammation." Cell 73(2): 249-61.



128
Mariani, L., C. Beaudry, et al. (2001). "Glioma cell motility is associated with reduced
transcription of proapoptotic and proliferation genes: a cDNA microarray analysis." J
Neurooncol 53(2): 161-76.

Martin, P. (1997). "Wound healing--aiming for perfect skin regeneration." Science 276(5309):
75-81.

Meyer, E., J. Y. Vollmer, et al. (2005). "Matrix metalloproteinases 9 and 10 inhibit protein
kinase C-potentiated, p53-mediated apoptosis." Cancer Res 65(10): 4261-72.

Mignot, G., S. Roux, et al. (2006). "Prospects for exosomes in immunotherapy of cancer." J
Cell Mol Med 10(2): 376-88.

Mitchison, T. J. and L. P. Cramer (1996). "Actin-based cell motility and cell locomotion."
Cell 84(3): 371-9.

Multhoff, G. and L. E. Hightower (1996). "Cell surface expression of heat shock proteins and
the immune response." Cell Stress Chaperones 1(3): 167-76.

Nanney, L. B., J. P. Sundberg, et al. (1996). "Increased epidermal growth factor receptor in
fsn/fsn mice." J Invest Dermatol 106(6): 1169-74.

Neckers, L. and S. P. Ivy (2003). "Heat shock protein 90." Curr Opin Oncol 15(6): 419-24.

Nemoto, T., N. Sato, et al. (1997). "Domain structures and immunogenic regions of the 90-
kDa heat-shock protein (HSP90). Probing with a library of anti-HSP90 monoclonal
antibodies and limited proteolysis." J Biol Chem 272(42): 26179-87.

Obermann, W. M., H. Sondermann, et al. (1998). "In vivo function of Hsp90 is dependent on
ATP binding and ATP hydrolysis." J Cell Biol 143(4): 901-10.

Obermoeller-McCormick, L. M., Y. Li, et al. (2001). "Dissection of receptor folding and
ligand-binding property with functional minireceptors of LDL receptor-related
protein." J Cell Sci 114(Pt 5): 899-908.

Ogden, C. A., A. deCathelineau, et al. (2001). "C1q and mannose binding lectin engagement
of cell surface calreticulin and CD91 initiates macropinocytosis and uptake of
apoptotic cells." J Exp Med 194(6): 781-95.

Orr, A. W., C. E. Pedraza, et al. (2003). "Low density lipoprotein receptor-related protein is a
calreticulin coreceptor that signals focal adhesion disassembly." J Cell Biol 161(6):
1179-89.

Ostwald, T. J. and D. H. MacLennan (1974). "Isolation of a high affinity calcium-binding
protein from sarcoplasmic reticulum." J Biol Chem 249(3): 974-9.

129
Pawson, T. (2004). "Specificity in signal transduction: from phosphotyrosine-SH2 domain
interactions to complex cellular systems." Cell 116(2): 191-203.

Prodromou, C., S. M. Roe, et al. (1997). "Identification and structural characterization of the
ATP/ADP-binding site in the Hsp90 molecular chaperone." Cell 90(1): 65-75.

Qin, X. F., D. S. An, et al. (2003). "Inhibiting HIV-1 infection in human T cells by lentiviral-
mediated delivery of small interfering RNA against CCR5." Proc Natl Acad Sci U S
A 100(1): 183-8.

Reynolds, A., D. Leake, et al. (2004). "Rational siRNA design for RNA interference." Nat
Biotechnol 22(3): 326-30.

Richter, K. and J. Buchner (2001a). "Hsp90: chaperoning signal transduction." J Cell Physiol
188(3): 281-90.

Richter, K., P. Muschler, et al. (2001b). "Coordinated ATP hydrolysis by the Hsp90 dimer." J
Biol Chem 276(36): 33689-96.

Roberts, A. B., L. C. Lamb, et al. (1980). "Transforming growth factors: isolation of
polypeptides from virally and chemically transformed cells by acid/ethanol
extraction." Proc Natl Acad Sci U S A 77(6): 3494-8.

Sarret, Y., D. T. Woodley, et al. (1992). "Human keratinocyte locomotion: the effect of
selected cytokines." J Invest Dermatol 98(1): 12-6.

Savina, A., M. Furlan, et al. (2003). "Exosome release is regulated by a calcium-dependent
mechanism in K562 cells." J Biol Chem 278(22): 20083-90.

Schmitt, E., M. Gehrmann, et al. (2007). "Intracellular and extracellular functions of heat
shock proteins: repercussions in cancer therapy." J Leukoc Biol 81(1): 15-27.

Schwartz, M. A. and M. H. Ginsberg (2002). "Networks and crosstalk: integrin signalling
spreads." Nat Cell Biol 4(4): E65-8.

Shiau, A. K., S. F. Harris, et al. (2006). "Structural Analysis of E. coli hsp90 reveals dramatic
nucleotide-dependent conformational rearrangements." Cell 127(2): 329-40.

Sidera, K., M. Samiotaki, et al. (2004). "Involvement of cell surface HSP90 in cell migration
reveals a novel role in the developing nervous system." J Biol Chem 279(44): 45379-
88.

Singer, A. J. and R. A. Clark (1999). "Cutaneous wound healing." N Engl J Med 341(10):
738-46.


130
Spiro, R. G., Q. Zhu, et al. (1996). "Definition of the lectin-like properties of the molecular
chaperone, calreticulin, and demonstration of its copurification with
endomannosidase from rat liver Golgi." J Biol Chem 271(19): 11588-94.

Stellas, D., A. Karameris, et al. (2007). "Monoclonal antibody 4C5 immunostains human
melanomas and inhibits melanoma cell invasion and metastasis." Clin Cancer Res
13(6): 1831-8.

Stoorvogel, W., M. J. Kleijmeer, et al. (2002). "The biogenesis and functions of exosomes."
Traffic 3(5): 321-30.

Strickland, D. K., J. D. Ashcom, et al. (1990). "Sequence identity between the alpha 2-
macroglobulin receptor and low density lipoprotein receptor-related protein suggests
that this molecule is a multifunctional receptor." J Biol Chem 265(29): 17401-4.

Teixido, J. and J. Massague (1988). "Structural properties of a soluble bioactive precursor for
transforming growth factor-alpha." J Biol Chem 263(8): 3924-9.

Thery, C., L. Zitvogel, et al. (2002). "Exosomes: composition, biogenesis and function." Nat
Rev Immunol 2(8): 569-79.

Trommsdorff, M., M. Gotthardt, et al. (1999). "Reeler/Disabled-like disruption of neuronal
migration in knockout mice lacking the VLDL receptor and ApoE receptor 2." Cell
97(6): 689-701.

Vandivier, R. W., C. A. Ogden, et al. (2002). "Role of surfactant proteins A, D, and C1q in
the clearance of apoptotic cells in vivo and in vitro: calreticulin and CD91 as a
common collectin receptor complex." J Immunol 169(7): 3978-86.

Wang, W., S. Goswami, et al. (2004). "Identification and testing of a gene expression
signature of invasive carcinoma cells within primary mammary tumors." Cancer Res
64(23): 8585-94.

Willnow, T. E., S. A. Armstrong, et al. (1995). "Functional expression of low density
lipoprotein receptor-related protein is controlled by receptor-associated protein in
vivo." Proc Natl Acad Sci U S A 92(10): 4537-41.

Willnow, T. E., K. Orth, et al. (1994). "Molecular dissection of ligand binding sites on the
low density lipoprotein receptor-related protein." J Biol Chem 269(22): 15827-32.

Woodley, D. T., P. M. Bachmann, et al. (1988). "Laminin inhibits human keratinocyte
migration." J Cell Physiol 136(1): 140-6.




131
Yepes, M., M. Sandkvist, et al. (2003). "Tissue-type plasminogen activator induces opening
of the blood-brain barrier via the LDL receptor-related protein." J Clin Invest 112(10):
1533-40.

Young, J. C., I. Moarefi, et al. (2001). "Hsp90: a specialized but essential protein-folding
tool." J Cell Biol 154(2): 267-73.

Yu, X., S. L. Harris, et al. (2006). "The regulation of exosome secretion: a novel function of
the p53 protein." Cancer Res 66(9): 4795-801.

Yuan, B., R. Latek, et al. (2004). "siRNA Selection Server: an automated siRNA
oligonucleotide prediction server." Nucleic Acids Res 32(Web Server issue): W130-4. 
Asset Metadata
Creator Cheng, Chieh-Fang (author) 
Core Title Mechanisms of human skin cell migration and wound healing 
School Keck School of Medicine 
Degree Doctor of Philosophy 
Degree Program Pathobiology 
Publication Date 07/24/2008 
Defense Date 06/19/2008 
Publisher University of Southern California (original), University of Southern California. Libraries (digital) 
Tag OAI-PMH Harvest,skin cell migration,wound healing 
Language English
Advisor Hofman, Florence M. (committee chair), Li, Wei (committee chair), Roy-Burman, Pradip (committee member), Stallcup, Michael R. (committee member), Stiles, Bangyan L. (committee member) 
Creator Email chiehfac@usc.edu 
Permanent Link (DOI) https://doi.org/10.25549/usctheses-m1398 
Unique identifier UC1144124 
Identifier etd-Cheng-20080724 (filename),usctheses-m40 (legacy collection record id),usctheses-c127-195316 (legacy record id),usctheses-m1398 (legacy record id) 
Legacy Identifier etd-Cheng-20080724.pdf 
Dmrecord 195316 
Document Type Dissertation 
Rights Cheng, Chieh-Fang 
Type texts
Source University of Southern California (contributing entity), University of Southern California Dissertations and Theses (collection) 
Repository Name Libraries, University of Southern California
Repository Location Los Angeles, California
Repository Email uscdl@usc.edu
Abstract (if available)
Abstract Skin cell migration is essential for skin wound healing. Steps for cell migration are often disrupted in non‐healing wounds, causing patient morbidity and even fatality. Currently‐available treatments are unsatisfactory. To identify novel wound‐healing targets, we took two approaches. First, we studied the migratory gene profiles in human keratinocytes (HKs). Second, we investigated secreted molecules from TGFalpha‐stimulated human keratinoytes, which contained a strong motogenic, but not mitogenic, activity. In the first study, the main challenge is to separate genes that are often simultaneously induced by pleiotropic signals of a given growth factor, including migration, proliferation and metabolism. Therefore, we designed the following steps. First, we took advantage of a unique response of HKs to TGF‐beta, which inhibits proliferation but not migration of the cells, to suppress selectively the proliferation signal‐responding genes. Second, we independently stimulated HKs with TGF‐alpha or insulin to identify the commonly regulated genes and eliminate TGF‐alpha‐ or insulin‐specific genes. 
Tags
skin cell migration
wound healing
Linked assets
University of Southern California Dissertations and Theses
doctype icon
University of Southern California Dissertations and Theses 
Action button