ヒト化マウスモデルにおける表皮のメラニンと保護に対する日焼け薬理学的誘導

Published 9/07/2013
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Summary

表皮のメラニンは、色白の紫外線感受性人間のマウスモデルにおいてフォルスコリンの局所適用によって誘導される。最小紅斑量(MED)アッセイによって測定されるように強く、UV媒介炎症(日焼け)から保護暗く、皮膚および表皮におけるcAMPレベルの薬理学的操作。

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Amaro-Ortiz, A., Vanover, J. C., Scott, T. L., D'Orazio, J. A. Pharmacologic Induction of Epidermal Melanin and Protection Against Sunburn in a Humanized Mouse Model. J. Vis. Exp. (79), e50670, doi:10.3791/50670 (2013).

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Abstract

皮膚、紫外線感度と皮膚がんリスクの公平性のすべてがメラノコルチン1受容体の生理的機能、メラニン細胞の表面に見られるG s共役シグナル伝達タンパク質と相関する。 MC1Rは、順番に、皮膚のメラノサイトにおけるメラニン産生をアップレギュレートする、アデニリルシクラーゼおよびcAMP産生を刺激する。 MC1RシグナリングはUV損傷から皮膚を保護するメカニズムを研究するために、この研究は、幹細胞因子(SCF)の表皮の発現に基づいて「ヒト皮膚」のマウスモデルに依存している。K14-SCFトランスジェニックマウスにおけるメラノサイトを保持する表皮したがって、表皮メラニンを堆積させる能力を有する。この動物モデルにおいては、黒色メラニン顔料とUV-保護された表現型の強固な堆積野生型MC1R状態をもたらす。これとは対照的に、欠陥のMC1Rのシグナリング能力の展示ブロンド/赤色素沈着、皮膚にはほとんどユーメラニンとしたK14-SCF動物紫外線感受性表現。ユーメラニン沈着がMC1Rシグナリングを模倣する局所薬によって強化されるかもしれない推論は、MC1R良品色白のマウスの皮膚へのフォルス抽出物の直接的なアプリケーションが堅牢なユーメラニン誘導およびUVプロテクト1をもたらしたことがわかった。ここでは、K14-SCF色白のマウスにフォルスコリン含有天然根抽出物を調製し、適用するための方法を記載し、最小紅斑量(MED)を決定することによりUV感受性を測定する方法を報告している。この動物モデルを使用して、皮膚の表皮cAMP誘導及びメラニンは、UV照射への生理学的応答にどのように影響するかを研究することが可能である。

Introduction

黒色腫の発生率は、皮膚癌の最も致命的な形は、特に色白の人々の間で、米国では過去数十年の間に劇的に増加している。強い分子および疫学的証拠が主要な原因環境要因2-5として紫外線を関与。太陽への露出や日焼けベッドの使用の形で増加UV露光は、メラノーマの発生率6-7の増加の大部分の原因であると思われる。メラノーマのリスクは、特に日焼け8、生活9月10日の早い特にとリンクしそうです。日焼けのリスクは投与量とUV曝露の強度だけでなく、UV放射への皮膚の応答に影響を与える要因によって継承するだけでなく、連結されている。皮膚の色素沈着は、紫外線感受性の最も重要な決定要因の1、日焼けや癌のリスクのリスクである。メラノーマは、浅黒い肌individuaに比べて色白の人ではおよそ20倍も頻繁に発生しますLS 11月13日

メラニン、表皮内のメラニン細胞によって製造される顔料は、肌の血色の主な決定要因である。 (1)ユーメラニン、紫外線のエネルギーを吸収するのに効果的で濃い褐色/黒色顔料、および(2)フェオメラニン、皮膚に紫外線光子の浸透を防止するのに効果が低い赤みがかっ/ブロンド顔料:メラニンは、2つの主要な種類が付属しています。皮膚の色、UV感度および黒色腫のリスクは、主に表皮メラニン含有量14〜15によって決定される。表皮内のより多くのユーメラニンは、少ないUV光子は、皮膚に浸透することができます。なぜならユーメラニンの低生来のレベルで、色白の人々は、はるかに受けやすい紫外線照射16〜18の急性および慢性の影響にある。

皮膚の色素沈着、メラノーマリスクとは"日焼け" UV露光した後、すべてのメラノコルチン1受容体(MC1R)のシグナル伝達能力と相関、G s共役7膜貫通能力メラノサイト19〜22にurface受容体。 MC1Rがその同族高親和性リガンド、α-メラノサイト刺激ホルモン(α-MSH)を結合すると、二次メッセンジャーcAMPの23のアデニル酸シクラーゼと生産の活性化があります。紫外線照射後の皮膚の正常な生理学的応答はケラチノサイト24〜29によるα-MSHの表皮の生産が含まれています。我等は、ケラチノサイト由来のα-MSHはアデニル酸シクラーゼ30の活性化を介したcAMPセカンドメッセンジャーの下流の生産を開始し、表皮のメラニン細胞にMC1Rと結合すると仮定した。 cAMPレベルは、生存経路、DNA修復および顔料合成を含むメラニン細胞分化の多くの局面を制御する。 MC1RおよびcAMPシグナルは、明らかに顔料酵素レベルおよびユーメラニン産生を誘導する。 MC1Rシグナリングが損なわれていないとメラニン細胞cAMPレベルが強固である場合には、ユーメラニンが生成され、肌が暗くされる。しかしながら、MC1Rシグナル伝達に欠陥がある場合と細胞質内cAMPレベルが低いままで、フェオメラニンの代わりに1が生成される。ユーメラニン合成は、cAMPレベル上昇させる1,14,31-35薬剤によって薬理学的に刺激することができる。

MC1Rタンパク質がヒト36〜46内の黒色腫のリスクの主要な調節因子であることから、我々はMC1RがUV誘導発癌に対するメラノサイトを保護するメカニズムに興味を持っています。我々の研究の基盤として、我々は純粋なC57BL / 6の遺伝的背景1にジェニックMC1R変異マウスモデルを生成した。このモデルでは、幹細胞因子(SCF)は、構成的に基底表皮で発現され、表皮メラニン細胞濾胞は毛包真皮内に局在メラノサイトする非トランスジェニックマウスとは対照的に、生命47を通じて皮膚に保持される。 K14-SCF導入遺伝子が組み込まれて、表皮は顔料の特徴的な特定のメラニン色素で着色になる動物1の株は野生型MC1Rシグナル伝達を有するC57BL / 6の遺伝的背景にK14-SCFマウスは漆黒の肌はメラニン色素の非常に高いレベルを特徴としている。当然のことながら、これらの動物は非常に紫外線抵抗力がある。これとは対照的に、変異型非アクティブMC1Rを抱い遺伝的に一致したK14-SCF C57BL / 6の動物は、表皮にはほとんどユーメラニンがありません。その代わりに、これらの「 拡張子 」動物(MC1RのE / E)はフェオメラニン色素( 図1A)の析出による美肌顔色を持っており、多くの紫外線感受性48-49です。

皮膚への浸透を可能にする化学的性質を有する薬理学的化合物は、強力に直接皮膚に表皮メラノサイトにおいてcAMPレベルを操作することにより伸長(MC1R E / E)K14-SCF動物モデルにおいてユーメラニンを誘導することが示されている。このモデルのメラニンアップレギュレーションはRでしたアデニル酸シクラーゼの活性化1だけでなく、ホスホジエステラーゼ4阻害35でeported。この記事では、 拡張子(MC1RのE / E)、K14-SCF動物モデル色白の紫外線感受性ヒトにおける準備とフォルスの局所適用を実証する。我々は、薬物の一日二回アプリケーションは、加速されたメラニン化を促進すること、皮膚の黒ずみはメラニン色素の表皮堆積によるもので、その誘導された表皮のメラニンが「最小紅斑線量」(MED)48を測定することにより紫外線による日焼けから保護することを示している。

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Protocol

1。 プレクトランサスbarbatus(Cohleusフォルス)植物の粗根エキスから局所投与のためのフォルスコリンの調製

  1. ネズミの実験のためのプロトコルは、動物の管理と使用における倫理的な行動のためのガイドラインに従い、ケンタッキー大学の施設内動物管理使用委員会(プロトコール#00768M2004)によって承認された。根抽出物は、70%エタノール、30%プロピレングリコールを標準皮膚科学的塩基中の40%重量/容量で構成されている。
  2. 原油フォルス根エキスの200グラムを計量してビーカーに移す。 40%(w / v)の溶液500mlを作るために、車両のボリュームのすべて(70%エタノール、30%プロピレングリコール)との溶液をもたらすことはないがほとんどを添加することにより、粗フォルス根抽出物200gを再懸濁およそ450ミリリットル。
  3. 室温で1時間撹拌した。解決策は、やや粘性になり、前に溶液中に「リフト」抽出物に、手動の攪拌が必要な場合があります撹拌棒を引き継ぐことができます。
  4. 1時間撹拌した後、メスシリンダーに混合物を注ぎ、(ビーカーからフォルスコリンの回収を最大にする)のスラリーを攪拌するために使用したビーカーを「すすぐ」するために使用されている車両を用いて500mlに体積を。
  5. 50ミリリットルのポリプロピレン遠心管にスラリーを転送します。卓上遠心分離機を用いて遠心分離(1500×gで、室温、15分)。この時点で、不溶物を上清が容易に注ぐことができるように、かなり圧縮されたであろう。
  6. 抽出物から残留不溶性物質を除去するために0.22μmの酢酸セルロース膜を通して溶液を濾過する。私たちは、根抽出物の不溶性成分からの膜の早期目詰まりを防ぐために、ユニットに付属しているプレフィルタの使用に伴い、細胞培養用に設計されたボトルトップ·システムを使用しています。抽出物を大量に製造する場合には、一度におよそ100mlとフィルタリングし、プレフィルタベットを変更する追加された各ボリュームをWEEN。
  7. 室温で保存した場合、抽出液には、最大1年間の生物学的活動を維持しています。

2。局所治療のためのC57BL / 6 K14-SCFマウスの作製

  1. 電気剪断によって動物から背側の毛皮を削除します。簡単に言うと0.25ミリメートルの手術の準備ヘッド(フィッシャー·サイエンティフィック)を装備した電気ばさみで背の毛皮のせん断を容易にするために、吸入イソフルランで動物を麻酔。好ましくはただの麻酔過剰摂取の危険性を最小限に抑えるために麻酔の1種類( 例えば 、ケタミン/キシラジン)を使用します。飽和吸入チャンバーは、ヒュームフード以外に使用される職業上の危険を運び、動物に麻酔薬の未知の量を提供します。理想的には精密気化器を使用する必要があります。
  2. 残留毛刈り株を削除するには、化学的な脱毛で動物を扱う。ケタミン40 mg / kgのキシラジンおよび4 mg / kgを腹腔内注射して動物に麻酔を投与し (つま先のピンチによって判断されるように)動物を適切に麻酔をかけた後、手袋をはめた指を使用して剪断背部皮膚に脱毛クリームの指先サイズの額を適用します。 30〜60秒またはそれが周りに移動されているように、毛髪は、明らかにクリーム中に見ることができるまで、皮膚内にクリームをこする。長時間の暴露が、表皮の完全性の損失から皮膚の化学的燃焼、表皮破壊や死に至るように毛の除去に必要な最小限の時間だけでクリームを残す。
  3. すべてのクリームが除去されるまで、繰り返し水に浸したガーゼパッドで背部皮膚を拭きます。乾いた柔らかい紙タオルを使用して動物、およびそれらを暖かい静かな場所(温暖化パッド上に置い例えばクリーンケージ)で回復することができます。 1つずつの動物を脱毛し、プロシージャ全体で密接に監視します。

3。フォルスコリンまたは車両制御の局所投与

  1. 動物は、一度に1を処理する必要があります。簡単に言えば吸入で麻酔下のフォームフィットナイロン通気性フィルターの上にマウスを置くことによってDイソフルランは、ヒュームフード内イソフルラン飽和蓋付き透明なガラスジャーにイソフルラン飽和のペーパータオルを置いてきた。自主的な筋肉の動きを抑制するしか自発呼吸(通常は10から20秒)保存するように十分な時間、イソフルランにマウスを公開します。長すぎるイソフルランで動物を残すことは、呼吸抑制や死をもたらすでしょう。それは、 "光を行く」と薬物やリスク死に動物をさらすオーバーよりイソフルランではなく、を簡単にマウスを再公開することのに越した方が良い。
  2. イソフルランチャンバーから動物を削除し、クリーンな吸収性ベンチパッドの上に置きます。
  3. 使い捨てのポリプロピレン先端装備千μlのマイクロピペット、40%の粗フォルス抽出物400μLを策定の使用(車両制御動物は、70%エタノール、単独の30%プロピレングリコールを受信します)。
  4. 上にエキスを転送すべての肌がカバーされるまで、バック動物の皮膚の上に滴下することにより、その後は、ピペットチップの側面を使用して、背側皮膚上エキスを汚す。塗布後の肌にブロットする必要はない。
  5. そのケージにマウスを返し、それが麻酔から回復するまで、慎重に観察します。
  6. 非顔料cAMPの効果は、UV感度実験を混乱べきではないことには、UV露光(顔料効果が最後の局所治療を超えて、数日間持続する)と2日前までに、すべての局所治療を中止してください。

4。反射型比色法の色の測定スキン

  1. 簡単に言うと(上記参照)吸入イソフルランでマウスを麻酔。
  2. 比色計を備えた標準化された白い表面にポータブルヘッドを配置することによって、ミノルタ比色計を校正します。
  3. 確実に動物の背部皮膚を比色計フラッシュのポータブル測定ヘッドを配置することを1cm 2のラウンドapertureは完全に皮膚に押し付けられる。背部皮膚の異なる領域に、少なくとも3つの別々の測定を行う。
  4. 動物あたりと治療群ごとの平均値±SDのL *スコアを計算する。反射測色は、実験の任意の時点で行うことができる。

5。 「最小紅斑線量」(MED)を計算することにより、UV感度の定量

  1. 上述したように、車両又はフォルスコリンのいずれかで前処理された動物を使用する。ケタミンおよびキシラジン(上記参照)の標準混合物の腹腔内注射で動物を麻酔。
  2. MEDテストのためのUV閉塞テープ片を準備します。テープの穴を生成するには、1cm 2の円形の切り欠き部( 図2AおよびB)との大型穴パンチを使用しています。テープで定義されたサイズおよび配置の対称孔を有する照射後の皮膚変化の認識を容易にする。テープ内の各穴の上、小さいながらも簡単に取り外し可能な部分を適用異なるUV線量の投与を可能にするためにUV露光中に定義された時点で除去することができるテープ。
  3. 動物を適切に鎮静されると、背面にテープを配置。目の潤滑剤は常に麻酔下で利用されるべきである。
  4. 2ウェスティングハウスF15T8UV-Bの313ナノメートルのピーク出力を有するランプと280から370ナノメートルの範囲からなるUV源をオンにします。 (一般的にはウォームアップランプの数分かかります)、UVBセンサー付のUV光度計によって測定されたランプが一定のUV出力に平衡することができます。
  5. UV光度計によって測定されたUV透過率に基づいて、各々所望の用量のためのUV照射時間を算出する。例えば、私たちのランプのUVB出力措置2.4 MW / cm 2ある 。したがって、5 kJの/ m 2で投与する、皮膚は、以下のように計算された、UVB放射線の(3分28秒)で208秒に露出される必要があるであろう。
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  6. 腹さえ紫外線曝露を確実にするために面を下鎮静動物(閉塞性テープでそれぞれの場所で)を配置します。紫外線放射の選択された用量を投与するために、順次、放射線の正しい投与量に対する皮膚の1cm 2の領域を露出するための穴をカバーする小型の閉塞性のテープを取り外します。 40 KJ / m 2を、実験で最大用量であるしたがって、上記の例を使用して、その後、動物は無いだろう40 KJ / m 2に状態の27分47秒の合計および皮膚のランプの下になりますテープの全体の時間の上にある。露光中に残っている208秒があった場合しかし、5 kJの/ m 2の条件を覆うテープが除去される。各条件が同時に終了するようにテープ除去のタイミングは行われるべきである。
  7. UV露光した後、突然、または過度に力強い動きで皮膚をリッピングしないように注意しながら、慎重に背部皮膚からテープをはがし。できるように、暖かい静かな場所に動物を配置麻酔からの回復。
  8. UV照射の具体的な用量にさらさ解剖学的部位に対応した(腫脹)紅斑(赤み)や浮腫の目立たない領域を探すために24〜48時間のためにマウスを監視します。写真的に皮膚所見を文書化します。
  9. MED値は、紅斑および/または皮膚の全露出円の浮腫によって定義されるような炎症を引き起こすUV線量の最小値に相当する。皮膚の色素沈着は、MEDの決定に挑戦することもできますが、紅斑および浮腫は、まだ一般的には正確には、部分的にはUV露光中にテープの開口の規定された形状のおかげで評価することができる。

6。統計分析

ボンフェローニポストテスト(グラフパッドPRISM)を一元配置分散分析によりマウスのコホート間でデータを分析します。p値 <0.05を統計的に有意であると考えている。

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Representative Results

C57BL / 6マウスを、記載( 図1A)のようなK14-SCF導入遺伝子を組み込んだ、eumelanotic pheomelanotic又はメラニン欠乏背景上に生成した。色白の延長(MC1R E / E、Tyr+ / +)マウスのコホート車両(70%エタノール、30%プロピレングリコール)または40%の粗コリウスフォルスエキスのどちらか1日2回投与で局所的に処理した(801μmあたり5日間( 図2B)の線量)。表皮の色素沈着に対する局所治療の効果は、目視検査により、反射色法( 図1B)の両方を測定した。根抽出物の適用は、K14-SCFトランスジェニックバックグラウンドではなく、遺伝的に整合した非トランスジェニック動物で堅牢な表皮黒ずみと関連していた。私たちは、疫学で堆積される薬理学的に誘発されるメラニンためには濾胞間表皮メラノサイトが存在しなければならないことを示すために、これらの結果を解釈するRMIS。根エキスが深くためフォルスコリン以外の植物の植物化学物質の存在の着色されているが、非トランスジェニック動物は根エキス( 図1B)で暗くなる肌を示すことができないように、皮膚の黒ずみは、原因薬剤の染色効果のみにすることはできません。一日二回の方法で適用された場合、最大の黒ずみはさらに数日間( 図1C)の後に実現されているが、局所的に適用フォルスコリンmelanizing効果は、わずか2日間に記入することができます。薬物( 図1D)の異なる濃度で処理した背部皮膚切片のフォンタナ·マッソン染色メラニンによって示されるようにメラニン化の程度は、用量依存性である。

図2,3 AおよびB)上記に概説したように続いて、UV感受性に対する局所適用フォルスコリンの効果を延長マウスにおけるMED試験(MC1RのE / E、Tyr+ / +)により決定した。 MED決定はANIの間で比較した(15日、15総線量のための1日1回の投与)の標準的なアプローチに対して(5日間、合計10回投与のための1日2回投与)加速薬物治療で治療MALS。非トランスジェニックマウスは、非メラニン薬物効果を制御するために含めた。両方の治療は、フォルスコリンで処理したK14-SCF動物で暗く皮膚の同様の量となりました。具体的には、フォルスコリン暴露した動物のL *(反射比色白黒スケール)値は、それぞれ、標準的なアプリケーション、対加速アプリケーションに対して±1.6 31.9±1.8および31.1であった。治療群のいずれかでフォルスコリン暴露から明らかな毒性作用は、このように、ありませんでした私たちは、加速フォルス政権が(合計10回投与のための1日2回、用量当たり80μm)が同様に効果的に、以前に使用したものと背部皮膚の安全なメラニン化を促進したと結論付けた(15総投与量、投与量当たり80μMの1日1回)。

フォルスコリン誘発性表皮メラニン化がもたらしたMED( 図2C-D)によって判断されるように深遠なUVプロテクション。このように、一方で、MED、車両との5日間、二度の治療を受けK14-SCF拡張マウスについて0.0 KJ / m 2を 5.0±たわけで、局所フォルスコリンで処理されたコホートの平均MEDは> 30.0±0.0 KJ / m 2を図2のAであり、 C)。実際には、30.0 kJの/ m 2の用量は、この実験で紅斑を生成するには不十分であった。 (15総投与量、投与量当たり80μMのための1日1回)、標準的なフォルスコリン投与を使用して、我々はフォルスコリンで処理されたK14-SCF拡張マウスの平均MEDはKJ / m 2を図2のB、D)は 50.0±7.1であることがわかった。重要なのは、フォルスコリンの前処理が原因K14-SCF媒介表皮メラノサイト( 図2C、D)の不足のため、またはチロシナーゼ欠損症( 図2E)のいずれにおいても、メラニン化することができない動物のMEDは影響しなかった。フォルスコリンのアプリケーションは、DISたので従来UV露光を2日間継続し、UV照射後も継続されなかったが、我々は、非色素性のcAMPの効果はMED結果において役割を果たしていないと結論付けている。むしろ、データは表皮のメラニンがフォルスコリンは、このモデルでUV保護を誘起するメカニズムであることを示唆している。

図1
図1。フォルスコリンの局所治療は、色白の延長(MC1RのE / E)マウスにおいて、皮膚黒化を推進しています。本研究で用いたC57BL / 6動物の(A)の写真。動物は、遺伝的にメラノコルチン1受容体(MC1R)とチロシナーゼ(Tyrの )遺伝子座を除いて一致している。の場合のようにMC1Rは、欠陥があるときに色素沈着がeumelanoticであることに注意してくださいMC1Rが機能的でph​​eomelanoticです(黒)(ブロンドがかった)拡張子(MC1R E / E)変異体。表皮の色素沈着は、K14-SCFトランスジーンによって皮膚における包間表皮メラノサイトの保持に依存し、容易に耳の中に見ることができる。 伸長(B)写真(MC1R E / E)K14-SCF又はで処理した非トランスジェニック動物車両制御400μlの(70%エタノール、30%のプロピルグリコール)又は40%w / vの(80μM)フォルスコリンは、5日間剃毛背面皮膚に1日2回10アプリケーションの合計を適用した。反射測色による肌色の測定は、各群について実施した。反射測色結果をL *(黒 - 白)の色軸上の平均値(±SD)反射率測定単位として報告される。フォルスコリンの局所投与は、K14-SCFトランスジェニック動物ではなく、非トランスジェニックマウスでは暗く堅牢な肌の原因となったことに注意してください。K14-SCFのフォルスコリンで処理した耳の黒ずみを示す(C)経時的実験指示された時間のための拡張マウス(フォルスコリンで処理した耳は、青い三角で示す)。車両は比較のために右耳に塗布した。(D)フォンタナ·マッソンが説明されているように、フォルスコリンの示された用量を投与した動物から採取した皮膚切片を染色した。 大きな画像を見るにはここをクリックしてください

図2
図2。最小の紅斑量(MED)テストで判断されるフォルスコリン誘発性のメラニンは紫外線媒介性炎症から保護します。 5日間(A、C)または一日一回ビヒクル又はフォルスコリンのいずれかで15日間(B、D、E)1日2回処置した動物のUV閉塞テープとUVB用量の(A、B)位置。目 E最後の局所治療は、照射前の48時間を適用した。背部皮膚を打ち抜き1cm 2の円形の開口を閉塞UVテープを使用して、適切な投与量を得るために露光時間を変えることによって様々な用量のUVBに曝露した。照射後、露出した皮膚の円は、いくつかの実験において、ペンで標識した。紅斑及び/又は特定の用量に曝露した皮膚の全円の浮腫によって規定MED年代には、曝露後48時間後に測定した。 MEDは0.001 * P≤、SD結果はKJ / m 2と UVBとして報告されている±。(E)肌の色反射率と車両またはフォルスコリンで10日間処理したチロシン欠損K14-SCFアルビノ拡張マウスについてのMED値。 するには、ここをクリックしてください大きな画像を表示する

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図3。実験の全体的なスキーマ拡張子 コホート(MC1R E / E)K14-SCFまたは非トランスジェニック動物は、電気剪断及び/又は化学的脱毛によって背部の毛皮を除去することによって調製した。次いで、動物を、ビヒクル(70%エタノール、30%プロピレングリコール)の局所適用または投与スケジュールが示す40%の粗抽出物フォルスコリンで処理した。皮膚の色素沈着への影響が比色とフォンタナ·マッソンメラニン染色により、写真的に記録した。 UV感度は最小の紅斑量(MED)試験によって決定した。

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Discussion

色白の人間の動物モデルを用いて、フォルスコリンが豊富な原油根抽出物の局所適用は堅牢に皮膚にメラニン産生を刺激することにより、表皮を暗くことがわかります。人間の皮膚ではなく、遺伝的に変更されていないマウスの皮膚で​​起こるような表皮メラニンは、基底表皮幹細胞因子の発現に依存している。遺伝的に変更されていないマウスの背部の皮膚は、皮膚に色素を付与するために、濾胞間メラニン細胞の十分な数が不足しています。唯一のそのような幹細胞因子(キットリガンド)、または肝細胞増殖因子(HGF)のようなメラニン細胞増殖因子の構成的発現の設定においてメラニン細胞は、動物の一生50-51表皮の基底層内に保持することができる。色白の人間の我々の動物モデルをC57BL / 6マウス延長線顔料変種にK14-SCF導入遺伝子の組み込みに基づいています。あらゆる年齢の動物があってもよい使用、我々の実験は、一般的に若年成人(年齢の4月12日週)マウスを含む。なぜならcAMPシグナル伝達の損失につながる切り捨てメラノコルチン1受容体(MC1R)の、 拡張マウスはむしろ52〜54のユーメラニンよりも(K14-SCFまたはHGF-Metのトランスジェニック米国内)のコートや皮膚に優先的にフェオメラニンを発現する。変更されたメラニン発現の結果として、K14-SCF拡張マウスははるかに紫外線に敏感なため、表皮メラニン色素1の豊富な堆積漆黒の肌をしている彼らのMC1R野生型対応、よりです。私たちは、ユーメラニンの生産以来、大幅にMC1Rシグナリングを模倣する薬理学的興奮剤がメラニンの産生を救済可能性があることを、変異MC1Rの設定で減少すると考えた。 MC1Rは、高親和性リガンドのα-メラニン細胞刺激ホルモン(α-MSH)が結合すると、メラノにプロ分化シグナルを送信し、G s共役貫通型受容体であるセカンドメッセンジャーcAMPのアデニル酸シクラーゼの活性化と生産を経由 CYTE質。したがって、我々は、フォルスコリンの局所適用、アデニル酸シクラーゼの強力な直接的な活性化因子である細胞透過性ジテルペノイドは、MC1R良品、pheomelanotic状態にユーメラニンの産生を促進することができるかもしれないという仮説を立てた。

これらの研究のために精製されたフォルスコリンを使用して、しかし、コストは法外証明した。 K14-SCFの拡張モデルで表皮黒ずみに必要なフォルスコリンの最小量を決定する初期の実験では、最大の黒ずみがフォルスコリンを20%含有していた粗抽出物を使用して、ボリューム·ソリューションごとに40%の重量(重量当たりの重量)の使用により発生したことを示唆した。私たちは、8%の最終フォルスコリンの400μlを、そのアプリケーションの計算(体積あたりの重量が、40%×20%)溶液を背部皮膚各アプリケーションに80μm程度のフォルスコリンの配信をもたらすであろう。もちろん、送達用量の多く代わりに、毛皮を囲むか、申請時に動物を脱落によって浸されて、皮膚に吸収されない。従って、動物は、薬物の各アプリケーションに正確な受信を実現用量を報告することは困難である。それにもかかわらず、この方法で適用された場合、ユーメラニンの皮膚や生産中の顔料酵素の堅牢な誘導フォルス結果。実際には、K14-SCFジェニック延長動物は第二のアプリケーション( 図1C)後の皮膚の明確な黒ずみを示した。

我々はこれまで、薬物1,48-49の日々のアプリケーションとの黒ずみ肌を発表してきたが、ここでは、薬理学的に誘導されるメラニンは、物を投与することによって最適化することができることを示唆し、一日二回、アプリケーションが堅牢な表皮の黒ずみや大幅なUV保護と関連していることを示している薬より頻繁に1時間の日より。表皮内のメラニン誘導によるもの、皮膚の黒ずみは、、として続く局所フォルスコリン処理が継続される限り。 (3ヶ月を経て)でも、慢性アプリケーションはマウス49で良好な忍容性だった。皮膚黒ずみの増加は、メラニン合成ではなく、表皮内のメラノサイトの増殖が原因である。49。局所治療が中止されると、表皮のメラニンは、通常のケラチノサイトの更新で失われたように、皮膚が徐々に(2〜3週間かけて)そのベースライン色白に戻って消えていきます。皮膚の黒ずみを容易しかしながら肌色反射測色55-56を用いて客観的に定量化することができる、マウスの簡単な目視検査によって決定することができる。この方法は、皮膚の色を測定するための非侵襲的な迅速かつ痛みのない方法である。色を正確にL * a * b *表(LAB)色空間モデル57-58を用いて説明することができる。

これらの実験のために我々はコリウスforskolii植物、フォルスコリンの天然源の粗根エキスに依存していました。この準備なぜなら精製フォルスコリンでこれらの実験を実施するコストが高い用いた。この実験は、例えば、5日間、6匹の動物に一日二回適用のためのフォルスコリンの合計の約2グラムを必要とした。市販のHPLC精製フォルス2gを粗抽出物未満5ドルと比べ、ドル以上20,000かかる。精製されたフォルスコリンは私たちの動物モデル1に表皮のメラニンを誘発しますが、我々はアルカロイド、フェノール類とタンニンを含む粗製の根抽出物中の他の植物由来の化合物の可能性のある影響を排除することはできません。実際には、モルモットまたはヒトの皮膚外植片を用いた従来の研究は、粗根抽出物中の化合物はフォルスコリン59の皮膚吸収を促進し得ることを示唆した。まだ、しかし、アイデンティティと、これらの化合物のメカニズムは不明のままである。そこで、粗根抽出物中に天然に存在する他の化合物の効果を修飾除外することはできない。

配合フォルスコリンの混合物である簡単に局所適用のための皮膚に適用されている魅力的なスパイスのような香りと濃い茶色の液体。不溶物が除去されているので、日々のアプリケーションは一度皮膚に吸収されない痂皮形成や付着物を残さない。この方法で調製された場合の粗根エキスはダークブラウンですが、事実によって証明されるように、薬剤によって誘発される皮膚の黒ずみは、単に色素効果ではないこと、皮膚のメラニンができない動物に対する化合物( 例えばMC1R E / Eチロシナーゼ局所適用表皮メラニン細胞を欠く欠損アルビノ動物または非トランスジェニックマウス)( 図1Bおよび図2E)を暗色皮膚に影響を及ぼさなかった。私たちは、概念実証のデモンストレーション皮膚中のcAMPの操作は、紫外線防御浅黒い肌の色素沈着を誘導することができることを、これらの実験を表示します。しかし、フォルスコリンの局所投与が原因で薬物の非特異的性質の実現可能または実用的な治療選択肢であるとは考えにくい。私ndiscriminateとアデニル酸シクラーゼとcAMPの誘導の非標的活性化は容認できない毒性を引き起こすことが予想される。重要なことに、他の皮膚cAMP誘導及びメラニン35を標的とする代替的な薬理学によって達成することができることを証明し、K14-SCF延長動物モデルにおいてメラニンをアップレギュレート強力に、ホスホジエステラーゼ4阻害剤(ロリプラム)の局所投与を示している。皮膚中のcAMPレベルの局所操作は人間の使用のために翻訳することができる前に、明らかに、その安全性を慎重に評価する必要があります。それにもかかわらず、我々のデータは、最小限の紅斑量(MED)試験によって決定されるような薬理学的に誘発されるメラニンはUV-保護的であることを示唆している。

要約すると、フォルスコリン、アデニル酸シクラーゼ活性化剤の局所投与は、不良品のcAMPがダウンシグナルに基づいて色白の人間のマウスモデルの表皮の強いメラニン化をもたらし欠陥のあるメラノコルチン1受容体(MC1R)の流れ。最小の紅斑量(MED)のテストによって測定される表皮のメラニンは、紫外線防御的であった。私たちは、薬理学的cAMPの操作レスキュー表皮のUV-A防御eumelanizationが、他のMC1R依存紫外線防御反応だけでなくだけではないことができることを仮定した。

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Disclosures

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

Acknowledgements

著者は、技術支援のためマリンダ元気に感謝したいと思います。我々はまた、現在および過去の資金源を認める:国立がん研究所(R01 CA131075、R01 CA131075-02S1)、ウェンディウィルケース癌研究基金、マーキーがん基金、チルドレンズミラクルネットワークとジェニファーとデヴィッド·ディケンズメラノーマ研究財団。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

  1. D'Orazio, J. A., et al. Topical drug rescue strategy and skin protection based on the role of Mc1r in UV-induced tanning. Nature. 443, 340-344 (2006).
  2. Gallagher, R. P., et al. Suntan, sunburn, and pigmentation factors and the frequency of acquired melanocytic nevi in children. Similarities to melanoma: the Vancouver Mole Study. Arch Dermatol. 126-770 (1990).
  3. Kraemer, K. H., Lee, M. M., Andrews, A. D., Lambert, W. C. The role of sunlight and DNA repair in melanoma and nonmelanoma skin cancer. The xeroderma pigmentosum paradigm. Arch Dermatol. 130, 1018-1021 (1994).
  4. Wang, Y., et al. Evidence of ultraviolet type mutations in xeroderma pigmentosum melanomas. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 6279-6284 (2009).
  5. Pleasance, E. D., et al. A comprehensive catalogue of somatic mutations from a human cancer genome. Nature. 463, 191-196 (2009).
  6. Weinstock, M. A., Fisher, D. E. Indoor ultraviolet tanning: what the data do and do not show regarding risk of melanoma and keratinocyte malignancies. J. Natl. Compr. Canc. Netw. 8, 867-873 (2010).
  7. Fisher, D. E., James, W. D. Indoor tanning--science, behavior, and policy. N. Engl. J. Med. 363, 901-903 (2010).
  8. Pfahlberg, A., Kolmel, K. F., Gefeller, O. Timing of excessive ultraviolet radiation and melanoma: epidemiology does not support the existence of a critical period of high susceptibility to solar ultraviolet radiation- induced melanoma. Br. J. Dermatol. 144, 471-475 (2001).
  9. Lew, R. A., Sober, A. J., Cook, N., Marvell, R., Fitzpatrick, T. B. Sun exposure habits in patients with cutaneous melanoma: a case control study. J. Dermatol. Surg. Oncol. 9, 981-986 (1983).
  10. Autier, P., Dore, J. F. Influence of sun exposures during childhood and during adulthood on melanoma risk. EPIMEL and EORTC Melanoma Cooperative Group. European Organisation for Research and Treatment of Cancer. Int. J. Cancer. 77, 533-537 (1998).
  11. Udayakumar, D., Mahato, B., Gabree, M., Tsao, H. Genetic determinants of cutaneous melanoma predisposition. Semin. Cutan. Med. Surg. 29, 190-195 (2010).
  12. Psaty, E. L., Scope, A., Halpern, A. C., Marghoob, A. A. Defining the patient at high risk for melanoma. Int. J. Dermatol. 49, 362-376 (2010).
  13. Tucker, M. A. Melanoma epidemiology. Hematol. Oncol. Clin. North Am. 23, 383-395 (2009).
  14. Abdel-Malek, Z. A., Knittel, J., Kadekaro, A. L., Swope, V. B., Starner, R. The melanocortin 1 receptor and the UV response of human melanocytes--a shift in paradigm. Photochem. Photobiol. 84, 501-508 (2008).
  15. Suzuki, I., et al. Participation of the melanocortin-1 receptor in the UV control of pigmentation. J. Investig. Dermatol. Symp. Proc. 4, 29-34 (1999).
  16. Gibson, G. E., Codd, M. B., Murphy, G. M. Skin type distribution and skin disease in Ireland. Ir. J. Med. Sci. 166, 72-74 (1997).
  17. Evans, R. D., et al. Risk factors for the development of malignant melanoma--I: Review of case-control studies. J. Dermatol. Surg. Oncol. 14, 393-408 (1988).
  18. Pack, G. T., Davis, J., Oppenheim, A. The relation of race and complexion to the incidence of moles and melanomas. Ann. N.Y. Acad. Sci. 100, 719-742 (1963).
  19. Valverde, P., Healy, E., Jackson, I., Rees, J. L., Thody, A. J. Variants of the melanocyte-stimulating hormone receptor gene are associated with red hair and fair skin in humans. Nat. Genet. 11, 328-330 (1995).
  20. Rees, J. L., Healy, E. Melanocortin receptors, red hair, and skin cancer. J. Investig. Dermatol. Symp. Proc. 2, 94-98 (1997).
  21. Beaumont, K. A., et al. Melanocortin MC(1) receptor in human genetics and model systems. Eur. J. Pharmacol. 660, 103-110 (2011).
  22. Palmer, J. S., et al. Melanocortin-1 receptor polymorphisms and risk of melanoma: is the association explained solely by pigmentation phenotype? Am. J. Hum. Genet. 66, 176-186 (2000).
  23. Haskell-Luevano, C., et al. Compounds that activate the mouse melanocortin-1 receptor identified by screening a small molecule library based upon the beta-turn. J. Med. Chem. 42, 4380-4387 (1999).
  24. Yamaguchi, Y., Hearing, V. J. Physiological factors that regulate skin pigmentation. Biofactors. 35, 193-199 (2009).
  25. Eves, P. C., MacNeil, S., Haycock, J. W. alpha-Melanocyte stimulating hormone, inflammation and human melanoma. Peptides. 27, 444-452 (2006).
  26. Slominski, A., Wortsman, J., Luger, T., Paus, R., Solomon, S. Corticotropin releasing hormone and proopiomelanocortin involvement in the cutaneous response to stress. Physiol. Rev. 80, 979-1020 (2000).
  27. Slominski, A., Wortsman, J. Neuroendocrinology of the skin. Endocr. Rev. 21, 457-487 (2000).
  28. Luger, T. A., et al. Role of epidermal cell-derived alpha-melanocyte stimulating hormone in ultraviolet light mediated local immunosuppression. Ann. N.Y. Acad. Sci. 885, 209-216 (1999).
  29. Chakraborty, A. K., et al. UV light and MSH receptors. Ann. N.Y. Acad. Sci. 885, 100-116 (1999).
  30. Cui, R., et al. Central Role of p53 in the Suntan Response and Pathologic Hyperpigmentation. Cell. 128, 853-864 (2007).
  31. Imokawa, G., Yada, Y., Hori, Y. Induction of melanization within hair bulb melanocytes in chinchilla mutant by melanogenic stimulants. J Invest Dermatol. 91, 106-113 (1988).
  32. Siegrist, W., et al. Interactions of alpha-melanotropin and agouti on B16 melanoma cells: evidence for inverse agonism of agouti. J. Recept. Signal Transduct Res. 17, 75-98 (1997).
  33. Abdel-Malek, Z., et al. The melanocortin-1 receptor is a key regulator of human cutaneous pigmentation. Pigment Cell Res. 13, Suppl 8. 156-162 (2000).
  34. Wood, J. M., Gibbons, N. C., Schallreuter, K. U. Melanocortins in human melanocytes. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 52, 75-78 (2006).
  35. Khaled, M., Levy, C., Fisher, D. E. Control of melanocyte differentiation by a MITF-PDE4D3 homeostatic circuit. Genes Dev. 24, 2276-2281 (2010).
  36. Ghiorzo, P., et al. MC1R variation and melanoma risk in relation to host/clinical and environmental factors in CDKN2A positive and negative melanoma patients. Exp. Dermatol. (2012).
  37. Cust, A. E., et al. MC1R genotypes and risk of melanoma before age 40 years: a population-based case-control-family study. Int. J. Cancer. 131, E269-E281 (2012).
  38. Ibarrola-Villava, M., et al. Genetic analysis of three important genes in pigmentation and melanoma susceptibility: CDKN2A, MC1R and HERC2/OCA2. Exp Dermatol. 19, 836-844 (2010).
  39. Scherer, D., et al. Melanocortin receptor 1 variants and melanoma risk: A study of 2 European populations. Int. J. Cancer. (2009).
  40. Hoiom, V., et al. MC1R variation and melanoma risk in the Swedish population in relation to clinical and pathological parameters. Pigment Cell Melanoma Res. 22, 196-204 (2009).
  41. Galore-Haskel, G., et al. MC1R variant alleles and malignant melanoma risk in Israel. Eur. J. Cancer. 45, 2015-2022 (2009).
  42. Sturm, R. A. Skin colour and skin cancer - MC1R, the genetic link. Melanoma Res. 12, 405-416 (2002).
  43. Kennedy, C., et al. Melanocortin 1 receptor (MC1R) gene variants are associated with an increased risk for cutaneous melanoma which is largely independent of skin type and hair color. J. Invest. Dermatol. 117, 294-300 (2001).
  44. Box, N. F., et al. MC1R genotype modifies risk of melanoma in families segregating CDKN2A mutations. Am. J. Hum. Genet. 69, 765-773 (2001).
  45. Rees, J. L. The melanocortin 1 receptor (MC1R): more than just red hair. Pigment Cell Res. 13, 135-140 (2000).
  46. Valverde, P., et al. The Asp84Glu variant of the melanocortin 1 receptor (MC1R) is associated with melanoma. Hum. Mol. Genet. 5, 1663-1666 (1996).
  47. Kunisada, T., et al. Transgene expression of steel factor in the basal layer of epidermis promotes survival, proliferation, differentiation and migration of melanocyte precursors. Development. 125, 2915-2923 (1998).
  48. Vanover, J. C., et al. Stem cell factor rescues tyrosinase expression and pigmentation in discreet anatomic locations in albino mice. Pigment Cell Melanoma Res. 22, 827-838 (2009).
  49. Spry, M. L., et al. Prolonged treatment of fair-skinned mice with topical forskolin causes persistent tanning and UV protection. Pigment Cell Melanoma Res. 22, 219-229 (2009).
  50. Takayama, H., La Rochelle, W. J., Anver, M., Bockman, D. E., Merlino, G. Scatter factor/hepatocyte growth factor as a regulator of skeletal muscle and neural crest development. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 5866-5871 (1996).
  51. Kunisada, T., et al. Murine cutaneous mastocytosis and epidermal melanocytosis induced by keratinocyte expression of transgenic stem cell factor. J. Exp. Med. 187-1565 (1998).
  52. Takeuchi, T., Kobunai, T., Yamamoto, H. Genetic control of signal transduction in mouse melanocytes. J. Invest. Dermatol. 92, 239S-242S (1989).
  53. Ozeki, H., Ito, S., Wakamatsu, K., Hirobe, T. Chemical characterization of hair melanins in various coat-color mutants of mice. J. Invest. Dermatol. 105, 361-366 (1995).
  54. Lamoreux, M. L., Wakamatsu, K., Ito, S. Interaction of major coat color gene functions in mice as studied by chemical analysis of eumelanin and pheomelanin. Pigment Cell Res. 14, 23-31 (2001).
  55. Barbini, P., et al. Instrumental measurement of skin colour and skin type as risk factors for melanoma: a statistical classification procedure. Melanoma Res. 8, 439-447 (1998).
  56. Takiwaki, H. Measurement of skin color: practical application and theoretical considerations. J. Med. Invest. 44, 121-126 (1998).
  57. Anderson, R. R., Parrish, J. A. The optics of human skin. J. Invest. Dermatol. 77, 13-19 (1981).
  58. Rubegni, P., et al. Relationship between skin color and sun exposure history: a statistical classification approach. Photochem. Photobiol. 65, 347-351 (1997).
  59. Chen, J., Hammell, D. C., Spry, M., D'Orazio, J. A., Stinchcomb, A. L. In vitro skin diffusion study of pure forskolin versus a forskolin-containing Plectranthus barbatus root extract. J. Nat. Prod. 72, 769-771 (2009).

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