A indução farmacológica de melanina epidérmica e proteção contra queimaduras solares em um modelo humanizado Rato

Summary

Melanina epidérmica é induzida pela aplicação tópica de forscolina em um modelo murino da humano sensível aos raios UV de pele clara. Manipulação farmacológica de níveis de cAMP na pele e escurecimento da epiderme proteger fortemente contra a inflamação mediada por UV (queimadura solar), como medido pela dose eritematosa mínima (DEM) de ensaio.

Abstract

Equidade de pele, a sensibilidade de UV e o risco de cancro da pele em correlação com a função fisiológica do receptor de melanocortina 1, uma proteína de sinalização G _s acoplados a encontrada na superfície de melanócitos. Mc1r estimula a adenilil-ciclase e a produção de cAMP, que, por sua vez, se regula a produção melanocítico da melanina na pele. Para estudar os mecanismos pelos quais a sinalização Mc1r protege a pele contra os danos UV, este estudo se baseia em um modelo de rato com "pele humanizado", baseado na expressão epidérmico do fator de células-tronco (SCF). Camundongos transgênicos K14-SCF reter melanócitos na epiderme e, por conseguinte, ter a capacidade de depósito de melanina na epiderme. Neste modelo animal, de tipo selvagem resulta num estado Mc1r de deposição robusta de pigmento eumelanina preta e um fenótipo UV-protegido. Em contraste, os animais K14-SCF com defeito sinalização Mc1r capacidade apresentam uma pigmentação vermelha / louro, muito pouco eumelanin na pele eum fenótipo sensível aos raios UV. Raciocínio que a deposição de eumelanina pode ser reforçada por agentes tópicos que imitam sinalização Mc1r, descobrimos que a aplicação direta do extrato forskolin na pele de camundongos de pele clara Mc1r-defeituoso resultou na indução eumelanin robusto e proteção UV ^1. Aqui nós descrevemos a metodologia de elaboração e aplicação de um extrato de raiz natural, contendo forskolin para K14-SCF camundongos de pele clara e relatar um método para medir a sensibilidade UV determinando a dose eritematosa mínima (DEM). Usando este modelo animal, é possível estudar como indução epidérmica cAMP e melanização da pele afetam respostas fisiológicas à exposição UV.

Introduction

A incidência de melanoma, a forma mais letal de câncer de pele, aumentou dramaticamente ao longo das últimas décadas nos Estados Unidos, principalmente entre os indivíduos de pele clara. Evidência molecular e epidemiológica forte implica radiação UV como um grande causador fator ambiental ^2-5. O aumento da exposição aos raios UV na forma de exposição ao sol e uso de bronzeamento artificial é provável que seja responsável por grande parte do aumento na incidência de melanoma ^6-7. O risco de melanoma parece particularmente ligada com queimaduras ^8, especialmente aqueles no início da vida ^9-10. Risco de queimadura solar está ligado não só com a dose e a intensidade de exposição à radiação UV, mas também por factores que influenciam a resposta herdadas cutânea à radiação UV. A pigmentação da pele é um dos mais importantes determinantes da sensibilidade UV, risco de queimaduras e risco de câncer. Melanoma ocorre cerca de vinte vezes mais freqüentemente em pessoas de pele clara em relação a individua pele escurals ^11-13.

A melanina, um pigmento produzido por melanócitos na epiderme, é o principal determinante da tez da pele. Melanina vem em duas variedades principais: (1) eumelanina, um marrom / preta pigmento escuro eficaz em absorver a energia da radiação UV, e (2) feomelanina, um avermelhado / louro pigmento menos eficaz na prevenção da penetração de fótons ultravioleta na pele. A cor da pele, sensibilidade à UV e risco de melanoma são em grande parte determinado pelo conteúdo epidérmico eumelanin ^14-15. O mais eumelanina na epiderme, os menos fotões UV pode penetrar na pele. Por causa de baixos níveis inatas de eumelanina, indivíduos de pele clara são muito mais propensos a efeitos agudos e crônicos da radiação UV ^16-18.

A pigmentação da pele, risco de melanoma e a capacidade de "bronzear" após exposição UV todos correlaciona com a capacidade de sinalização do receptor de melanocortina 1 (Mc1r), um G _s acoplados a sete transmembranar sreceptor urface em melanócitos ^19-22. Quando se liga Mc1r seu cognato ligando de alta afinidade, a hormona estimulante de melanócitos α-(α-MSH), que é a activação da adenilil-ciclase e a produção do segundo mensageiro AMPc ^23. A resposta fisiológica normal da pele após a exposição aos raios UV inclui a produção epidérmica de α-MSH por queratinócitos ^24-29. Nós e outros supor que derivado de queratinócito α-MSH liga-se a Mc1r em melanócitos epidérmicos, iniciando a produção a jusante do segundo mensageiro AMPc através de activação de adenililciclase ^30. os níveis de cAMP controlar vários aspectos da diferenciação dos melanócitos, incluindo as vias de sobrevivência, reparo do DNA e síntese de pigmentos. Sinalização Mc1r e Camp induzir claramente os níveis de enzimas de pigmentos e produção eumelanin. Quando sinalização Mc1r está intacto e os níveis de cAMP melanocíticos são robustos, eumelanin é produzida ea pele escurece. No entanto, se a sinalização Mc1r está com defeito eos níveis de cAMP citoplasmáticos permanecem baixas, pheomelanin é produzido em vez ^{de 1.} Síntese Eumelanin pode ser estimulada farmacologicamente por agentes que aumentam os níveis de AMPc ^1,14,31-35.

Uma vez que a proteína Mc1r é um grande regulador do risco de melanoma em humanos ^36-46, estamos interessados ​​em mecanismos pelos quais Mc1r protege melanócitos contra carcinogênese induzida por UV. Como base para os nossos estudos, geramos um modelo murino Mc1r variante transgênica em um C57BL / 6 genética fundo puro ^1. Neste modelo, o factor de células estaminais (SCF) é constitutivamente expressa na epiderme basal e melanócitos epidérmicos interfoliculares são retidos na pele ao longo da vida ^47, em contraste com os ratinhos não transgénicos, em que os melanócitos localizar a derme nos folículos do cabelo. Com o transgene K14-SCF incorporada, a epiderme fica pigmentado com a característica particular de pigmentos de melanina do pigmentoestirpe do animal ^1. camundongos K14-SCF no fundo C57BL / 6 genética com tipo selvagem sinalização Mc1r ter pele de azeviche caracterizada por níveis muito altos de eumelanina pigmento. Não surpreendentemente, esses animais são altamente resistentes UV-. Em contraste, geneticamente compatíveis K14-SCF animais C57BL / 6 que abrigam um mutante inactivo Mc1r não têm quase nenhuma eumelanina na epiderme. Em vez disso, esses animais "extensão" (Mc1r ^{E / E)} têm uma tez da pele justo causada pela deposição de pigmento feomelanina (Figura 1A) e são muito mais sensíveis ao UV ^48-49.

Compostos farmacológicos com propriedades químicas que permitem a penetração na pele têm sido mostrados para induzir potencialmente eumelanina na extensão (Mc1r ^{E / E)} modelo animal K14-SCF por manipulação directa dos níveis de cAMP nos melanócitos epidérmicos da pele. Upregulation melanina neste modelo foi reported através da activação da adenililciclase ^1, bem como a inibição da fosfodiesterase 4 ^35. Neste artigo, vamos demonstrar a preparação e aplicação tópica de forskolin em extensão (Mc1r ^{e / e)} animais K14-SCF qual o modelo que o ser humano sensível ao UV de pele clara. Mostra-se que a aplicação duas vezes por dia do medicamento promove melanização acelerado, que o escurecimento da pele é devido à deposição de melanina epidérmica e pigmento melanina epidérmica induzida que protege contra as queimaduras solares induzidas por UV por meio de medição de "dose eritematosa mínima" (MED) ^{de 48.}

Protocol

1. Preparação de Forskolin para administração tópica de um extrato de raiz bruto da Usina Plectranthus barbatus (Cohleus forskohlii) Protocolos para experimentos murino seguiu as diretrizes para a conduta ética no cuidado e uso de animais e foram aprovados pelo Comitê Institucional Animal Care e Use na Universidade de Kentucky (Protocolo n 00768M2004). O extracto de raiz é composta de 40% peso / volume, em uma base dermatológica padrão de 70% de etanol, 30% de propileno glicol. Pe…

Representative Results

C57BL / 6 machos foram gerados em fundos eumelanotic, pheomelanotic ou amelanóticos incorporando o transgene K14-SCF como descrito (Figura 1A). Coortes de extensão de pele clara (Mc1r E / E, Tyr + / +) os ratos foram tratados topicamente com duas doses diárias de veículo (etanol a 70%, 30% de propileno glicol) ou 40% de extracto de raiz de Coleus forskohlii bruto (80 uM por a dose), durante 5 dias (Figura 2B). Efeitos dos tratamentos tópicos …

Discussion

Usando um modelo animal do ser humano de pele clara, nós achamos que a aplicação tópica de um extrato bruto da raiz rica em forskolin robustamente escurece a epiderme, estimulando a produção de melanina na pele. Epidermal melanização é dependente da expressão do factor de células estaminais na epiderme basal, como ocorre na pele humana, mas não na pele de rato não modificado geneticamente. A pele dorsal de ratinhos geneticamente não modificada não tem um número suficiente de melanócitos interfoliculares…

Materials

			Reagents
Coleus Forskoli extract 20%	Buckton Scott USA Inc.	n/a	Princeton, NJ
Isothesia, Isoflurane , USP	Butler Schein	NCD 11695-6776-1	Dublin, OH, USA
Xylazine	Anased Injection	LA04612	Shenandoah, Iowa, USA
Ketamine HCl, USP	Putney	NDC 26637-411-01	St. Joseph, MO, USA
Ethanol	Decon Labs.	2705
Propylene glycol	Adesco	05751L	Solon, OH, USA
Depilatory cream, Nair	Church & Dwight	JF-11 4381322	Priceton, NJ
			EQUIPMENT
Germicidal Hg Lamp UV-B	Westinghouse	F15T8UV-B
Radiometer photometer	International light	1LT400A	Peabody, MA,USA
Chromameter	Konica Minolta	CR-400	Ramsey, NJ, USA
Data Processor for Chromameter CR-400	Konica Monilta	DR-400	Ramsey, NJ, USA