Pharmakologische Induktion der epidermalen Melanin und Schutz vor Sonnenbrand in einem humanisierten Mausmodell

Summary

Epidermal Melanin wird durch die topische Anwendung von Forskolin in einem murinen Modell der hellhäutigen UV-empfindliche Menschen verursachte. Pharmakologische Manipulation von cAMP-Konzentrationen in der Haut und Epidermis stark verdunkelt Schutz gegen UV-vermittelte Entzündungen (Sonnenbrand), wie durch die minimale erythematöse Dosis (MED)-Assay gemessen.

Abstract

Fairness der Haut, UV-Empfindlichkeit und Hautkrebsrisiko alle korrelieren mit der physiologischen Funktion des Melanocortin-1-Rezeptor, einen G _{s-gekoppelten} Signalprotein auf der Oberfläche der Melanozyten gefunden. Mc1r stimuliert Adenylatzyklase und cAMP-Produktion, die wiederum, up-reguliert melanozytären Produktion von Melanin in der Haut. Um die Mechanismen, durch die Signalisierung Mc1r schützt die Haut vor UV-Schädigung zu untersuchen, diese Studie basiert auf einem Maus-Modell mit "humanisiert Haut", basierend auf epidermalen Expression von Stammzellfaktor (SCF). K14-SCF-transgenen Mäusen behalten Melanozyten in der Epidermis und haben daher die Fähigkeit, Melanin in der Epidermis abzuscheiden. In diesem Tiermodell, Wildtyp-Status Mc1r Ergebnisse in robuster Ablagerung von schwarzem Eumelanin Pigment und einem UV-geschützt Phänotyp. Im Gegensatz dazu K14-SCF Tiere mit defekt Mc1r Signal Fähigkeit zeigen eine rot / blonde Pigmentierung, sehr wenig Eumelanin in der Haut undein UV-sensitiven Phänotyp. Argumentation, dass Eumelanin Ablagerungen durch topische Mittel, die Mc1r Signalisierung imitieren verbessert werden, fanden wir, dass die direkte Anwendung von Forskolin Extrakt auf die Haut Mc1r mangel hellhäutigen Mäusen führte robust Eumelanin Induktions-und UV-Schutz ^ein. Hier beschreiben wir die Verfahren zur Herstellung und Anwendung eines Forskolin haltige Naturwurzelextrakt zur K14-SCF hellhäutigen Mäusen und berichten über eine Methode zur Messung der UV-Empfindlichkeit durch die Bestimmung minimale erythematöse Dosis (MED). Mit diesem Tiermodell ist es möglich zu untersuchen, wie cAMP epidermalen Induktion und Melanisierung der Haut beeinflussen physiologische Reaktionen auf UV-Exposition.

Introduction

Die Inzidenz von Melanomen, die tödlichste Form von Hautkrebs, hat sich in den letzten Jahrzehnten in den Vereinigten Staaten vor allem bei hellhäutigen Personen gestiegen. Starke molekularen und epidemiologischen Beweise bringen UV-Strahlung als Hauptursache Umweltfaktor ^2-5. Erhöhte UV-Strahlung in Form von Sonneneinstrahlung und Solarium Benutzung geeignet ist, für viel der Anstieg der Melanom-Inzidenz ^6-7 verantwortlich zu sein. Melanom-Risiko scheint besonders mit Sonnenbrand ^8, vor allem in frühen Lebens ^9-10 verknüpft. Sonnenbrandgefahr verbunden ist, nicht nur Dosis und Intensität der UV-Belichtung, sondern auch durch Faktoren, die vererbte kutanen Reaktion auf UV-Strahlung beeinflussen. Pigmentierung der Haut ist eine der wichtigsten Determinanten der UV-Empfindlichkeit, Sonnenbrandrisiko und Krebsrisiko. Melanom im Vergleich zu dunkelhäutigen individua tritt etwa zwanzig mal häufiger bei hellhäutigen Personenls ^11-13.

Melanin, ein Pigment von Melanozyten in der Epidermis produziert wird, ist die wichtigste Determinante der Teint. Melanin wird in zwei Hauptarten: (1) Eumelanin, eine dunkelbraune / schwarze Pigment wirksam beim Absorbieren der Energie der UV-Strahlung, und (2) pheomelanin, eine rötlich / blonde Pigment weniger effektiv bei der Verhinderung des Eindringens der UV-Photonen in die Haut. Hautfarbe, UV-Empfindlichkeit und Melanom-Risiko weitgehend von epidermalen Eumelanin Inhalt ^14-15 bestimmt. Je mehr Eumelanin in der Epidermis können die weniger UV-Photonen in die Haut eindringen. Wegen der niedrigen Niveaus der angeborenen Eumelanin sind hellhäutige Menschen viel anfälliger für akute und chronische Wirkungen von UV-Strahlung ^16-18.

Die Pigmentierung der Haut, Melanom Risiko und die Fähigkeit, "tan" nach UV-Belastung korrelierten mit der Signalisierung Fähigkeit des Melanocortin-1-Rezeptor (Mc1r), einen G _S-gekoppelte sieben Trans surface Rezeptor auf Melanozyten ^19-22. Wenn Mc1r bindet seinem verwandten hochaffinen Liganden α-Melanozyten-stimulierendes Hormon (α-MSH), gibt es die Aktivierung von Adenylatzyklase und die Produktion des second messenger ^cAMP-23. Die normale physiologische Reaktion der Haut nach UV-Exposition umfasst epidermalen Herstellung von α-MSH durch Keratinozyten ^24-29. Wir und andere vermuten, dass Keratinozyten stamm α-MSH bindet an Mc1r auf epidermalen Melanozyten, die Einleitung nachgelagerten Produktion des second messenger cAMP durch Aktivierung von Adenylatzyklase ^30. cAMP-Spiegel kontrollieren viele Bereiche des Melanozyten-Differenzierung, einschließlich Überlebenswege, DNA-Reparatur und Pigmentsynthese. Mc1r Signal-und cAMP-Pigment Eumelanin Enzymwerte und Produktion deutlich zu induzieren. Wenn Mc1r Signalisierung ist intakt und melanozytären cAMP-Spiegel robust sind, wird Eumelanin produziert und die Haut dunkler. Wenn jedoch Mc1r Signalisierungs defekt ist undcytoplasmatische cAMP-Spiegel niedrig bleiben, wird pheomelanin statt ¹ hergestellt. Eumelanin-Synthese kann pharmakologisch durch Mittel, die cAMP-Spiegel erhöhen ^1,14,31-35 stimuliert werden.

Da die Mc1r Protein ist ein wichtiger Regulator der Melanom-Risiko bei Menschen ^{von 36 bis 46,} wir sind interessiert an Mechanismen, durch die Melanozyten Mc1r schützt vor UV-induzierten Krebsentstehung. Als Grundlage für unsere Studien erzielten wir eine transgene Mc1r-Variante Mausmodell auf einem reinen C57BL / 6 genetischen Hintergrund ^ein. In diesem Modell, Stammzellfaktor (SCF) wird konstitutiv in der basalen Epidermis und epidermale interfollikuläre Melanozyten in der Haut im Laufe des Lebens ⁴⁷ gehalten wird, im Gegensatz zu den nicht-transgenen Mäusen, in denen Melanozyten zu lokalisieren, um die Dermis in den Haarfollikeln. Mit dem K14-SCF-Transgen integriert, wird die Epidermis mit der besonderen Eigenschaft der Melaninpigmente Pigments pigmentiertBelastung des Tieres ^ein. K14-SCF-Mäuse auf dem C57BL / 6 genetischen Hintergrund mit Wildtyp-Signal Mc1r haben tiefschwarze Haut, die durch sehr hohe Pigment Eumelanin charakterisiert. Nicht überraschend sind diese Tiere sehr UV-beständig. Im Gegensatz dazu genetisch angepasst K14-SCF C57BL / 6 Tiere, die eine mutierte inaktive Mc1r Hafen fast keine Eumelanin in der Epidermis. Stattdessen diese "Erweiterung" Tieren (Mc1r ^{e / e)} haben eine helle Haut Teint durch Ablagerung von Pigment Phäomelanin (Abbildung 1A) verursacht und sind viel mehr UV-empfindliche ^48-49.

Pharmakologische Verbindungen mit chemischen Eigenschaften, die das Eindringen in die Haut ermöglichen, haben nachweislich eine starke induzieren Eumelanin in der Verlängerung (Mc1r ^{e / e)} K14-SCF-Tiermodell durch direkte Manipulation cAMP-Spiegel in epidermalen Melanozyten in der Haut. Melanin Hochregulation in diesem Modell ist rvon Adenylylzyklase Aktivierung ¹ sowie Phosphodiesterase-4-Hemmung ³⁵ eported. In diesem Artikel zeigen wir die Vorbereitung und die topische Anwendung von Forskolin in Verlängerung (Mc1r ^{e / e)} K14-SCF Tiere, welches Modell die hellhäutigen UV-empfindliche Menschen. Wir zeigen, dass zweimal tägliche Anwendung des Medikaments fördert beschleunigte Melanisierung aufgrund epidermale Ablagerung von Melanin, dass die Haut dunkler ist, und dass induzierte epidermale Melanin schützt vor UV-bedingten Sonnenbrand durch Messung der "minimal gerötete Dosis" (MED) ^48.

Protocol

1. Herstellung von Forskolin für die topische Verabreichung von einem Rohöl-Wurzel-Extrakt der Plectranthus barbatus (Cohleus forskohlii) Pflanzen Protokolle für Maus-Experimente folgten die Leitlinien für ethisches Verhalten in der Pflege und Verwendung von Tieren und wurden von der Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss an der Universität von Kentucky (Protokoll # 00768M2004) zugelassen. Der Wurzelextrakt wird bei 40% Gewicht / Volumen in einem Standard dermatologische Grund 70% Eth…

Representative Results

C57BL / 6 Mäuse wurden am eumelanotic, pheomelanotic oder amelanotischen Hinter Einbeziehung der K14-SCF Transgen, wie beschrieben (Fig. 1A) erzeugt. Kohorten von hellhäutigen Erweiterung (Mc1r e / e, Tyr + / +) wurden die Mäuse mit topisch zweimal täglich entweder Fahrzeug (70% Ethanol, 30% Propylenglykol) oder 40% Rohprotein Coleus forskohlii Wurzelextrakt (80 uM pro behandelt Dosis) für 5 Tage (Abb. 2B). Wirkungen der topischen Behandlunge…

Discussion

Mit einem Tiermodell der hellhäutige Mensch, finden wir, dass die topische Anwendung einer Forskolin reichen rohen Wurzelextrakt robust dunkelt die Haut durch die Stimulierung der Melaninproduktion in der Haut. Epidermalen Melanin hängt von der Expression von Stammzellfaktor in der basalen Epidermis, wie es in der menschlichen Haut auftritt, aber nicht in genetisch nicht modifizierten Mäusehaut. Die Rückenhaut von Mäusen genetisch nicht modifizierten fehlt eine ausreichende Zahl von interfollikulären Melanozyten P…

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