Induction pharmacologique de mélanine épidermique et la protection contre les coups de soleil dans un modèle humanisé de souris

Summary

Mélanine épidermique est induite par l'application topique de la forskoline dans un modèle murin de la sensible aux UV humain à la peau claire. Manipulation pharmacologique du taux d'AMPc dans la peau et l'épiderme assombrissant fortement protéger contre l'inflammation médiée par les UV (coups de soleil), telle que mesurée par la dose érythémateuse minimale (DEM) de dosage.

Abstract

Équité de la peau, la sensibilité aux UV et le risque de cancer de la peau tout en corrélation avec la fonction physiologique du récepteur de la mélanocortine 1, une protéine de signalisation G _s couplé trouve à la surface des mélanocytes. Mc1r stimule l'adénylyl cyclase et la production d'AMPc qui, à son tour, régule à la hausse la production de mélanine dans les mélanocytes de la peau. Afin d'étudier les mécanismes par lesquels la signalisation Mc1r protège la peau contre les dommages UV, cette étude s'appuie sur un modèle de souris avec "peau humanisé" basé sur l'expression épidermique du facteur de cellules souches (SCF). Souris transgéniques K14-SCF conservent mélanocytes dans le épiderme et ont donc la possibilité de déposer la mélanine dans l'épiderme. Dans ce modèle animal, type sauvage résultats de l'état Mc1r en dépôt solide de pigment noir de l'eumélanine et un phénotype anti-UV. En revanche, les animaux K14-SCF avec signalisation défectueux Mc1r capacité présentent une pigmentation rouge / blonde, très peu d'eumélanine dans la peau etun phénotype sensible aux UV. Raisonnement que le dépôt de l'eumélanine pourrait être renforcée par des agents topiques qui imitent signalisation Mc1r, nous avons constaté que l'application directe de l'extrait de la forskoline sur la peau de souris à la peau claire Mc1r défectueux a entraîné robuste induction de l'eumélanine et la protection UV ^1. Nous décrivons ici la méthode pour la préparation et l'application d'un extrait de racine naturelle contenant la forskoline à des souris à la peau claire K14-SCF et signaler une méthode pour mesurer la sensibilité aux UV par déterminer la dose érythémateuse minimale (DEM). En utilisant ce modèle animal, il est possible d'étudier comment épidermique AMPc induction et la mélanisation de la peau affectent les réponses physiologiques à l'exposition aux UV.

Introduction

L'incidence du mélanome, la forme la plus mortelle de cancer de la peau, a considérablement augmenté au cours des dernières décennies aux États-Unis, en particulier chez les personnes à peau claire. Preuve moléculaire et épidémiologique forte implique rayonnement UV comme un facteur causal majeur de l'environnement ^2-5. L'exposition aux UV renforcée sous forme d'exposition au soleil et l'utilisation des lits de bronzage est susceptible d'être responsable de la plupart des augmentations de mélanome incidence ^6-7. risque de mélanome semble particulièrement liée à des coups de soleil ^8, en particulier ceux au début de la vie ^9-10. Le risque de coup de soleil est liée non seulement à la dose et l'intensité de l'exposition aux UV, mais aussi par des facteurs héréditaires qui influencent la réponse cutanée à un rayonnement UV. pigmentation de la peau est l'un des déterminants les plus importants de la sensibilité aux UV, le risque de coups de soleil et le risque de cancer. Le mélanome se produit environ vingt fois plus souvent chez les personnes à peau claire par rapport à individua peau foncéels ^11-13.

La mélanine, un pigment produit par les mélanocytes de l'épiderme, est le principal déterminant de teint de la peau. La mélanine est disponible en deux variétés principales: (1) l'eumélanine, un pigment brun / noir foncé efficace pour absorber l'énergie du rayonnement UV, et (2) phéomélanine, un rouge / pigment blond moins efficace pour prévenir la pénétration de photons UV dans la peau. couleur de la peau, la sensibilité aux UV et le risque de mélanome sont en grande partie déterminées par le contenu épidermique eumélanine ^14-15. Le plus eumélanine dans l'épiderme, les photons UV moins peut pénétrer dans la peau. En raison de faibles niveaux innées de l'eumélanine, les personnes à la peau claire sont beaucoup plus sujettes à des effets aigus et chroniques du rayonnement UV ^16-18.

la pigmentation de la peau, le mélanome et le risque de la capacité de "bronzage" après l'exposition aux UV tout en corrélation avec la capacité de signalisation du récepteur de la mélanocortine 1 (Mc1r), une _s-G à sept domaines transmembranaires couplés srécepteur de urface sur les mélanocytes ^19-22. Lorsque Mc1r se lie à son ligand apparenté à haute affinité, α-mélanocyte stimulating hormone (α-MSH), il est l'activation de l'adénylcyclase et la production de la deuxième camp de messager ^23. La réponse physiologique normale de la peau après exposition aux UV comprend la production de l'épiderme de α-MSH par les kératinocytes ^24-29. Nous émettons l'hypothèse que d'autres et de kératinocytes dérivées de α-MSH se lie à Mc1r sur les mélanocytes épidermiques, s'engageant dans la production en aval du second messager AMPc par l'activation de l'adénylcyclase ^30. taux d'AMPc contrôlent de nombreux aspects de la différenciation des mélanocytes, y compris les voies de survie, réparation de l'ADN et de la synthèse du pigment. signalisation de l'AMPc Mc1r et induisent clairement les niveaux de l'enzyme de pigments et de la production de l'eumélanine. Lorsque la signalisation Mc1r est intacte et les taux d'AMPc mélanocytaires sont robustes, l'eumélanine est produite et la peau s'assombrit. Toutefois, si la signalisation Mc1r est défectueux etles taux d'AMPc cytoplasmiques restent faibles, pheomelanin est produite à la place ^1. synthèse de eumélanine peut être stimulé pharmacologiquement par des agents qui augmentent le taux d'AMPc ^1,14,31-35.

Depuis la protéine Mc1r est un régulateur majeur du risque de mélanome chez l'homme ^36-46, nous sommes intéressés aux mécanismes par lesquels Mc1r protège les mélanocytes contre la carcinogenèse induite par les UV. En tant que fondation pour nos études, nous avons généré un Mc1r-modèle murin transgénique variante sur un pur C57BL / 6 génétique ^1. Dans ce modèle, facteur des cellules souches (SCF) est constitutivement exprimé dans l'épiderme basaux et des mélanocytes épidermiques interfolliculaires sont retenus dans la peau tout au long de la vie ^47, contrairement aux souris non-transgénique, dans lequel mélanocytes localiser au derme dans les follicules pileux. Avec le transgène K14-Scf incorporé, l'épiderme devient pigmenté avec notamment la caractéristique de la mélanine de pigments de pigmentsouche de l'animal ^1. souris K14-SCF sur le fond génétique C57BL / 6 de type sauvage signalisation Mc1r ont la peau noire de jais caractérisé par des niveaux très élevés de l'eumélanine pigment. Sans surprise, ces animaux sont très résistants aux UV. En revanche, génétiquement adaptés K14-SCF C57BL / 6 animaux qui abritent un inactif Mc1r mutant n'ont presque pas d'eumélanine dans l'épiderme. Au lieu de cela, ces animaux «d'extension» (Mc1r ^{e / e)} ont un teint de peau juste causée par le dépôt de pheomelanin pigment (figure 1A) et sont beaucoup plus sensibles aux UV ^48-49.

Composés pharmacologiques ayant des propriétés chimiques qui permettent la pénétration dans la peau ont été montré pour induire puissamment eumélanine dans le prolongement (Mc1r ^{e / e)} modèle animal K14-Scf en manipulant directement les taux d'AMPc dans les mélanocytes de l'épiderme de la peau. La mélanine régulation à la hausse dans ce modèle a été reported par adénylylcyclase activation ¹ ainsi que de la phosphodiestérase 4 inhibition ^35. Dans cet article, nous démontrons la préparation et l'application topique de la forskoline en extension (Mc1r ^{e / e)} animaux K14-SCF qui modèle la sensible aux UV humain à la peau claire. Nous montrons que l'application deux fois par jour du médicament favorise la mélanisation accélérée, ce noircissement de la peau est due au dépôt de l'épiderme de mélanine et qui induit la mélanine épidermique protège contre les coups de soleil induite par les UV à travers la mesure de la "dose minimale érythémateuse" (MED) ^48.

Protocol

Une. Préparation de la forskoline pour l'administration topique d'un extrait de racine de brut de l'usine de Plectranthus barbatus (Cohleus forskohlii) Protocoles pour expériences murines ont suivi les lignes directrices pour la conduite éthique dans le soin et l'utilisation des animaux et ont été approuvés par la institutionnel de protection et d'utilisation des animaux Comité à l'Université du Kentucky (Protocole # 00768M2004). L'extrait de racine est constitué…

Representative Results

Souris C57BL / 6 ont été générées sur un fond eumelanotic, pheomelanotic ou amélanotiques intégrant le transgène K14-SCF comme décrit (figure 1A). Cohortes d'extension à la peau claire (Mc1r e / e, Tyr + / +) souris ont été traitées par voie topique avec deux doses quotidiennes de véhicule (70% d'éthanol, 30% de propylène glycol) ou 40% d'extrait de coleus brut forskohlii racine (80 uM par dose) pendant 5 jours (Figure …

Discussion

En utilisant un modèle animal de l'être humain à la peau claire, nous constatons que l'application topique d'un extrait brut racine forskoline riche s'assombrit robuste l'épiderme en stimulant la production de mélanine dans la peau. Mélanisation épidermique est dépendante de l'expression du facteur de cellules souches dans l'épiderme basales, comme cela se produit dans la peau humaine, mais pas dans la peau non modifiée génétiquement souris. La peau dorsale de souris génétiqueme…

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