Częstość występowania czerniaka, najbardziej śmiertelnej formy raka skóry, dramatycznie wzrosła w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat w Stanach Zjednoczonych, szczególnie wśród osób o jasnej karnacji. Silne dowody molekularne i epidemiologiczne wskazują, że promieniowanie UV jest głównym czynnikiem sprawczym środowiskowym 2-5. Zwiększona ekspozycja na promieniowanie UV w postaci ekspozycji na słońce i korzystania z solarium może być odpowiedzialna za znaczny wzrost zachorowalności na czerniaka 6-7. Ryzyko czerniaka wydaje się być szczególnie związane z oparzeniami słonecznymi 8, zwłaszcza tymi we wczesnym okresie życia 9-10. Ryzyko oparzeń słonecznych jest związane nie tylko z dawką i intensywnością ekspozycji na promieniowanie UV, ale także z dziedzicznymi czynnikami wpływającymi na reakcję skóry na promieniowanie UV. Pigmentacja skóry jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na wrażliwość na promieniowanie UV, ryzyko oparzeń słonecznych i ryzyko zachorowania na raka. Czerniak występuje około dwadzieścia razy częściej u osób o jasnej karnacji w porównaniu z osobami o ciemnej karnacji w wieku 11-13 lat.
Melanina, pigment wytwarzany przez melanocyty w naskórku, jest głównym wyznacznikiem cery. Melanina występuje w dwóch głównych odmianach: (1) eumelanina, ciemnobrązowy/pigment skutecznie pochłaniający energię promieniowania UV oraz (2) feomelanina, czerwonawy/blond pigment mniej skuteczny w zapobieganiu przenikaniu fotonów UV do skóry. Kolor skóry, wrażliwość na promieniowanie UV i ryzyko czerniaka są w dużej mierze determinowane przez zawartość eumelaniny w naskórku 14-15. Im więcej eumelaniny w naskórku, tym mniej fotonów UV może wniknąć w skórę. Ze względu na niski wrodzony poziom eumelaniny, osoby o jasnej karnacji są znacznie bardziej podatne na ostre i przewlekłe skutki promieniowania UV 16-18.
Pigmentacja skóry, ryzyko czerniaka i zdolność do "opalania" po ekspozycji na promieniowanie UV korelują ze zdolnością sygnalizacyjną receptora melanokortyny 1 (Mc1r), sprzężonego z Gs siedmioma transbłonowymi receptorami powierzchniowymi na melanocytach 19-22. Kiedy Mc1r wiąże swój pokrewny ligand o wysokim powinowactwie, hormon stymulujący α-melanocyty (α-MSH), następuje aktywacja cyklazy adenylowej i produkcja drugiego przekaźnika cAMP 23. Normalna reakcja fizjologiczna skóry po ekspozycji na promieniowanie UV obejmuje naskórkowe wytwarzanie α-MSH przez keratynocyty 24-29. My i inni stawiamy hipotezę, że α-MSH pochodzący z keratynocytów wiąże się z Mc1r na melanocytach naskórka, inicjując dalszą produkcję drugiego przekaźnika cAMP poprzez aktywację cyklazy adenylowej 30. Poziomy cAMP kontrolują wiele aspektów różnicowania melanocytów, w tym szlaki przeżycia, naprawę DNA i syntezę pigmentu. Sygnalizacja Mc1r i cAMP wyraźnie indukują poziom enzymów pigmentowych i produkcję eumelaniny. Gdy sygnalizacja Mc1r jest nienaruszona, a poziom melanocytarnego cAMP jest solidny, wytwarzana jest eumelanina, a skóra ciemnieje. Jeśli jednak sygnalizacja Mc1r jest uszkodzona, a poziomy cAMP w cytoplazmie pozostają niskie, zamiast tego wytwarzana jest feomelanina 1. Synteza eumelaniny może być stymulowana farmakologicznie przez środki podnoszące poziom cAMP 1,14,31-35.
Ponieważ białko Mc1r jest głównym regulatorem ryzyka czerniaka u ludzi 36-46, jesteśmy zainteresowani mechanizmami, dzięki którym Mc1r chroni melanocyty przed kancerogenezą wywołaną promieniowaniem UV. Jako podstawę naszych badań wygenerowaliśmy transgeniczny mysi model wariantu Mc1r na czystym tle genetycznym C57BL/6 1. W tym modelu czynnik komórek macierzystych (Scf) ulega konstytutywnej ekspresji w naskórku podstawnym, a melanocyty międzypęcherzykowe naskórka są zatrzymywane w skórze przez całe życie 47, w przeciwieństwie do myszy nietransgenicznych, u których melanocyty lokalizują się w skórze właściwej w mieszkach włosowych. Po włączeniu transgenu K14-Scf naskórek staje się pigmentowany szczególnymi pigmentami melaniny charakterystycznymi dla szczepu pigmentowego zwierzęcia 1. Myszy K14-Scf na tle genetycznym C57BL / 6 z sygnalizacją MC1r typu dzikiego mają kruczoczarną skórę charakteryzującą się bardzo wysokim poziomem pigmentu eumelaniny. Nic dziwnego, że zwierzęta te są bardzo odporne na promieniowanie UV. W przeciwieństwie do tego, genetycznie dopasowane zwierzęta K14-Scf C57BL/6, które są nosicielami zmutowanego nieaktywnego Mc1r, prawie nie mają eumelaniny w naskórku. Zamiast tego te zwierzęta "przedłużające" (Mc1re / e) mają jasną karnację skóry spowodowaną odkładaniem się pigmentu feomelaniny (ryc. 1A) i są znacznie bardziej wrażliwe na promieniowanie UV 48-49.
<>jove_contentWykazano, że związki farmakologiczne o właściwościach chemicznych umożliwiających przenikanie do skóry silnie indukują eumelaninę w modelu zwierzęcym
K14-Scf przedłużającym (
Mc1re/e) poprzez bezpośrednie manipulowanie poziomem cAMP w melanocytach naskórka w skórze. Regulacja w górę melaniny w tym modelu została zgłoszona przez aktywację cyklazy adenylowej
1, a także hamowanie fosfodiesterazy
4 35. W tym artykule pokazujemy przygotowanie i miejscowe stosowanie forskoliny w
rozszerzeniu (
Mc1re/e)
K14-Scf zwierząt, które modelują człowieka o jasnej karnacji wrażliwego na promieniowanie UV. Wykazaliśmy, że stosowanie leku dwa razy dziennie sprzyja przyspieszonej melanizacji, że ciemnienie skóry jest spowodowane naskórkowym odkładaniem się pigmentu melaniny i że indukowana melanina naskórka chroni przed oparzeniami słonecznymi wywołanymi promieniowaniem UV poprzez pomiar "minimalnej dawki rumieniowej" (MED)
48.