Эпидермального меланина индуцируется местного применения форсколином в мышиной модели справедливой кожей УФ-чувствительных человека. Фармакологическое воздействие уровня цАМФ в коже и эпидермиса затемнение сильно защищают от УФ-опосредованного воспаления (загара) как измеряется минимальной эритематозной дозы (МЭД) анализа.
Справедливость кожи, чувствительности УФ и риском рака кожи все коррелируют с физиологической функции рецептора меланокортина 1, в G с связью сигнализации белок, содержащийся на поверхности меланоцитов. MC1R стимулирует аденилатциклазу и производство цАМФ, который, в свою очередь, до-регулирует пигментные выработку меланина в коже. Для изучения механизмов, посредством которых сигнализация MC1R защищает кожу от УФ травмы, это исследование опирается на мышиной модели с "гуманизированной кожи" на основе эпидермиса выражение фактора стволовых клеток (SCF). K14-SCF трансгенных мышей сохранить меланоциты в эпидермис и, следовательно, обладают способностью осаждаться меланина в эпидермисе. В этой модели на животных, дикого типа Состояния MC1R в надежной осаждения черного Эумеланин пигмента и фенотипа УФ-защитой. В отличие от этого, K14-SCF животные с дефектной сигнализации MC1R способности демонстрируют красный / блондинка пигментации, очень мало эумеланин в коже иУФ-чувствительный фенотип. Рассуждая, что Эумеланин отложение может быть повышена за счет местных средств, которые имитируют сигнализации MC1R, мы обнаружили, что прямое применение экстракта форсколином к коже MC1R-неполноценного справедливой кожей мышей привело к надежной Эумеланин индукции и УФ защиты 1. Здесь мы опишем способ получения и применения форсколином содержащий природный экстракт корня к K14-SCF светлокожих мышей и сообщить метод измерения чувствительности УФ путем определения минимального эритематозные дозу (MED). Используя эту модель животного, можно изучить, как эпидермальный цАМФ индукция и меланизации кожи влияют физиологические реакции на УФ-облучения.
Заболеваемость меланомой, наиболее смертоносная форма рака кожи, резко возросло за последние несколько десятилетий в Соединенных Штатах, особенно среди светлокожих лиц. Сильный молекулярной и эпидемиологические данные подразумевает УФ-излучения в качестве основного причинного фактора окружающей среды 2-5. Увеличенная экспозиция УФ в виде солнечного воздействия и использования солярий, вероятно, будет ответственен за большую часть увеличения заболеваемости меланомой 6-7. Меланома риск кажется особенно связано с солнечных ожогов 8, особенно тех, в начале жизни 9-10. Риск загара связана не только с дозы и интенсивность ультрафиолетового облучения, но и наследственными факторами, которые влияют кожную реакцию на УФ-излучения. Пигментация кожи является одним из наиболее важных факторов, определяющих чувствительность УФ, риск солнечных ожогов и риском рака. Меланома встречается примерно в двадцать раз чаще у светлокожих людей по сравнению с темнокожей индивидовLs 11-13.
Меланин, пигмент производится меланоцитов в эпидермисе, является основным фактором, определяющим кожи лица. Меланин поставляется в двух основных вариантах: (1) Эумеланин, темно-коричневый / черный пигмент эффективно поглощает энергию УФ-излучения, и (2) феомеланин, красновато / блондинка пигментных менее эффективными в предотвращении проникновения ультрафиолетовых фотонов в кожу. Цвет кожи, чувствительность УФ и риск меланомы во многом определяются эпидермального Эумеланин содержания 14-15. Чем больше эумеланин в эпидермисе, тем меньше УФ фотоны могут проникать в кожу. Из-за низких врожденных уровнях эумеланин, светлокожие люди гораздо более склонны к острой и хронической воздействия УФ-излучения 16-18.
Пигментации кожи, риск меланомы и способность "загар" после УФ-облучения все коррелируют с возможностью передачи сигналов от рецептора меланокортина 1 (MC1R), G с связью семь трансмембранных сПоверхность рецептор на меланоцитов 19-22. Когда MC1R связывает его родственный высокого сродства лиганда, α-меланоцит стимулирующий гормон (α-МСГ), происходит активация аденилатциклазы и производства вторичного мессенджера цАМФ 23. Нормальная физиологическая реакция кожи после воздействия УФ-излучения включает эпидермальный производство α-МСГ по кератиноцитов 24-29. Мы и другие предполагают, что кератиноцитов, полученных α-MSH связывается с MC1R на эпидермальных меланоцитов, инициируя вниз по течению производство вторичного мессенджера цАМФ через активацию аденилатциклазы 30. уровни цАМФ контролировать многие аспекты меланоцитов дифференциации, в том числе путей выживания, репарации ДНК и синтеза пигмента. Сигнализации MC1R и цАМФ четко вызывают уровни фермента пигментные и производство Эумеланин. Когда сигнализация MC1R не поврежден и меланоцитарных уровни цАМФ являются надежными, эумеланин производится и кожа темнеет. Однако, если сигнализация MC1R неисправен ицитоплазматические уровни цАМФ остаются низкими, феомеланин производится вместо 1. Синтез Эумеланин можно стимулировать фармакологически агентами, которые повышают уровни цАМФ 1,14,31-35.
Поскольку белок MC1R является главным регулятором риска меланомы у людей 36-46, мы заинтересованы в механизмах, с помощью которых MC1R защищает меланоциты воздействию ультрафиолетового излучения канцерогенеза. В качестве основы для наших исследований, мы получили трансгенного MC1R-вариант мышиной модели на чистом C57BL / 6 генетического фона 1. В этой модели, фактор клеток (SCF) стволовых конститутивно экспрессируется в базальных эпидермиса и эпидермиса интерфолликулярной меланоциты сохраняются в коже на протяжении всей жизни 47, в отличие от не-трансгенных мышей, в котором меланоциты локализуются в дерме в волосяных фолликулах. С трансген K14-Scf включены, эпидермис становится пигментированные с конкретным меланина пигментов характеристики пигменташтамм животного 1. К14-SCF мышей на генетическом фоне C57BL / 6 с дикого типа MC1R сигнализации были черные как смоль кожи характеризуется очень высоким уровнем Эумеланин пигмента. Не удивительно, что эти животные обладают высокой УФ-излучению. Напротив, генетически подобранные K14-SCF C57BL / 6 животных, которые укрывают мутантный неактивный MC1R почти не эумеланин в эпидермисе. Вместо этого, эти "Расширение" животные (MC1R э / е) есть справедливый характер кожи, вызванное отложением феомеланин пигмента (рис. 1А) и являются гораздо более УФ-чувствительных 48-49.
Фармакологические соединения с химическими свойствами, которые позволяют проникновению в кожу, как было показано мощно индуцировать эумеланин в расширении (MC1R е / е) K14-SCF модели животных путем непосредственного манипулирования уровни цАМФ в эпидермальных меланоцитов в коже. Меланин регуляция в этой модели был гeported путем активации аденилатциклазы 1, а также ингибирования фосфодиэстеразы 4 35. В этой статье мы покажем, подготовку и местное применение форсколином в расширении (MC1R э / э) K14-SCF животные, какая модель со светлой кожей УФ-чувствительных людей. Мы покажем, что два раза в день применение препарата способствует ускоренной меланизации, что кожа потемнение связано с эпидермального осаждения пигмента меланина и, что индуцированное эпидермального меланина защищает от УФ-индуцированной загара через измерение «минимального эритематозной дозы» (МЭР) 48.
1. Подготовка Форсколин для местного применения из сырой экстракт корня от Plectranthus ЬагЬаШз (Cohleus Forskohlii) завод
2. Подготовка C57BL / 6 К14-Scf мышей для местного лечения
3. Актуальные администрация форсколина или управления транспортным средством
4. Цвет кожи Измерение с помощью зеркальной колориметрии
5. Определение УФ Чувствительность по расчету "Минимальная Эритематозные дозы" (MED)
6. Статистический анализ
Анализ данных между когорт мышей в одну сторону ANOVA с Бонферрони сообщению теста (График Pad Prism). Значений р <0,05 считаются статистически значимыми.
Использование животную модель справедливой кожей человека, мы находим, что местное применение в форсколином богат сырой экстракт корня решительно темнеет эпидермис, стимулируя выработку меланина в коже. Эпидермального меланизации зависит от экспрессии фактора стволовых клеток в базальном эпидермисе, как это происходит в коже человека, но не в генетически немодифицированного кожу мыши. Спинной кожи генетически немодифицированного мышей отсутствует достаточное количество межфолликулярного меланоцитов, чтобы придать пигмента в коже. Только в обстановке конститутивной экспрессии фактора роста меланоцитов, таких как фактор стволовых клеток (комплект лиганда) или фактор роста гепатоцитов (ФРГ) может меланоциты быть сохранены в базального слоя эпидермиса на протяжении всей жизни животного 50-51. Наша животная модель справедливой кожей человека основана на регистрации трансгена K14-Scf в расширение пигмента варианта мышиного линии C57BL / 6. Хотя животные любого возраста могут бытьиспользуется, наши эксперименты обычно включают молодых взрослых (4-12 недель) мышей. Из-за усеченной меланокортина 1 рецептора (MC1R), что приводит к потере цАМФ сигнализации, мыши расширения выразить феомеланин преимущественно в шерсти и кожи (в трансгенных государств K14-SCF или ФРГ-Met), а не Эумеланин 52-54. В результате измененной экспрессией меланина, расширения мышей K14-SCF гораздо чувствительность к УФ излучению, чем их MC1R дикорастущие коллегами типа, которые имеют черные как смоль кожу за счет обильного осаждения эпидермального Эумеланин пигмента 1. Мы полагали, что с производства Эумеланин значительно уменьшается в условиях мутантного MC1R, что фармакологические стимуляторы, которые имитируют сигнализации MC1R может спасти производство Эумеланин. MC1R является G с связью трансмембранный рецептор, который, при связывании с высоким сродством лиганда α-меланоцит-стимулирующего гормона (α-МСГ), передает про-дифференцировки сигналы в Melanoцит цитоплазма через активацию аденилатциклазы и производства вторичного мессенджера цАМФ. Таким образом, мы предположили, что местное применение форсколином, клетка проницаемым дитерпеноид, что является мощным прямым активатором аденилатциклазы, могли бы стимулировать производство Эумеланин в MC1R исправный, pheomelanotic государства.
Использование очищенного форсколином для этих исследований, однако, оказалось непомерно. Первые эксперименты, определяющие минимальное количество, необходимое для форсколина эпидермального потемнение в модели расширения K14-SCF предположить, что максимальное затемнение произошло с использованием 40% по весу в расчете по объему раствора с использованием сырой экстракт, который содержал 20% (вес к весу) форсколина. Вычислим, что применение 400 мкл 8% конечного форсколина (вес на объем, 40% х 20%) раствора приведет к доставке приблизительно 80 мкМ форсколина на дорсальную кожу каждого приложения. Конечно, большая часть доставленной дозыне впитывается в кожу, а не всасываясь, окружив мех или падает животное на момент подачи заявки. Таким образом, трудно представить точную дозу реализован, что животные получают с каждым применением препарата. Тем не менее, когда применяется таким образом, форсколин приводит к надежной индукции ферментов пигмента в коже и производства эумеланин. На самом деле, K14-SCF трансгенные расширения животные продемонстрировали четкую потемнение кожи после второго применения (рис. 1в).
Хотя мы ранее опубликована кожу потемнение с ежедневного применения препарата 1,48-49, здесь мы показываем, что два раза в день приложение связано с надежной эпидермального потемнения и значительным УФ-защитой, предполагая, что фармакологическое вызванной меланизации могут быть оптимизированы путем введения Препарат чаще, чем один раз в день. Потемнение кожи, что связано с индукцией Эумеланин в эпидермисе, длится до техПока продолжаются актуальные Форсколин лечения. Даже хронический приложение (через три месяца), казалось, хорошо переносится мышей 49. Увеличение потемнение кожи происходит из-за синтеза меланина, а не пролиферации меланоцитов в эпидермисе. 49. Как только актуальные лечения прекращается, кожа постепенно увядает назад до ее исходного светлой кожей (в течение 2-3 недель), как меланин эпидермиса теряется с нормальной обновления кератиноцитов. Потемнение кожи может быть легко определено путем простого визуального осмотра мышей, однако цвет кожи может быть определена количественно с использованием объективно отражающий колориметрии 55-56. Этот метод является неинвазивным быстро и безболезненно метод измерения цвета кожи. Цвет может быть точно описано с помощью L * A * B * (LAB) цветовое пространство модели 57-58.
Для этих экспериментов мы опирались на сырой экстракт корня от forskolii завода Колеус, природном источнике форсколином. Этот препаратбыл использован из-за высокой стоимости проведения этих экспериментов с очищенной форсколином. Этот эксперимент, например, требуется примерно 2 г форсколина общей для применения два раза в день до шести животных в течение пяти дней. 2 г коммерчески доступного ВЭЖХ-очищенные форсколином будет стоить более $ 20000, по сравнению с менее чем $ 5 за неочищенного экстракта. Хотя очищенный форсколином индуцированных эпидермиса меланина в нашей животной модели 1, мы не можем исключить возможного влияния других соединений растительного происхождения в сырой экстракт корня включая алкалоиды, фенолы и дубильных веществ. В самом деле, до работы с использованием морскую свинку или человека эксплантов кожи предположил, что соединения в сырой экстракт корня может способствовать кожная поглощение форсколином 59. Пока, однако, идентичность и механизм этих соединений остается неизвестным. Таким образом, мы не можем исключить изменения действие других соединений, присутствующих в природе в сырой экстракт корня.
Совокупное форсколином смесьтемно-коричневая жидкость с привлекательным специи, как аромат, который легко наносится на кожу для местного применения. Поскольку нерастворимые вещества были удалены, ежедневное применение не оставляет корки или отложений раз, поглощаемого кожей. Хотя сырой экстракт корня темно-коричневый, когда приготовленные таким образом, потемнение кожи, индуцированный препарата не только эффект краситель, о чем свидетельствует тот факт, что местное применение соединения на животных, не способных меланизации кожи (например, MC1R Е / Е тирозиназы -дефицитные альбиносов животных или без трансгенных мышей, которые не имеют эпидермиса меланоциты) не имел никакого эффекта на кожу затемнение (фиг.1В и 2E). Мы рассматриваем эти эксперименты в качестве доказательства правильности концепции демонстраций, манипуляции цАМФ в коже может вызвать УФ-защитным темную пигментацию кожи. Тем не менее, маловероятно, что местное применение форсколином является возможным или практический терапевтический вариант из-за неспецифической природы лекарства. Яndiscriminate и нецелевой активации аденилатциклаз и индукции цАМФ можно было бы ожидать, чтобы вызвать неприемлемые токсичности. Важно отметить, что другие показали, что местное введение ингибитора фосфодиэстеразы 4 (ролипрам), мощно повышающей регуляции меланина в расширении животной модели K14-SCF, доказывает, что кожный цАМФ индукции и меланизации может быть достигнуто путем альтернативного фармакологического ориентации 35. Очевидно, что, прежде чем актуальным манипуляция уровня цАМФ в коже можно перевести для использования человеком, его безопасность должны быть тщательно оценены. Тем не менее, наши данные убедительно свидетельствуют, что фармакологически вызванной меланизации является УФ-защитным как определяется минимальным эритематозной дозы (МЭД) тестирования.
Таким образом, местное применение форсколином, в аденилатциклазной активатора, привели к сильным меланизации эпидермиса мышиной модели светлокожего человека на основе дефектных цАМФ сигнализации внизпоток дефектного меланокортина 1 рецептора (MC1R). Эпидермального меланизации был УФ-защитным, если судить по минимальным эритематозной дозы (МЭД) тестирования. Мы предполагаем, что фармакологическое манипуляции цАМФ может не только спасение УФ-защитным eumelanization эпидермиса, но и другие MC1R-зависимые УФ-защитная реакция, а также.
The authors have nothing to disclose.
<strong>Reagents</strong> | |||
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 |
<strong>EQUIPMENT</strong> | |||
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 |