Name: pharmacologic induction of epidermal melanin and protection against sunburn in a humanized mouse model
Uploaded: 2013-09-07T16:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Pharmacologic Induction of Epidermal Melanin and Protection Against Sunburn in a Humanized Mouse Model at JoVE.com

Forfatterne ønsker at takke Malinda Spry for teknisk assistance. Vi anerkender også nuværende og tidligere finansieringskilder: National Cancer Institute (R01 CA131075, R01 CA131075-02S1), Wendy Will Case Cancer Research Fund, den Markey Cancer Foundation, Børnenes Miracle Network og Jennifer og David Dickens melanom Research Foundation.

1.. Udarbejdelse af Forskolin til topisk administration fra en rå Root Extract af Plectranthus barbatus (Cohleus forskohlii) Plant <ol><li> Protokoller for murine eksperimenter fulgte retningslinjerne for etisk adfærd i pleje og anvendelse af dyr, og blev godkendt af Institutional Animal Care og brug Udvalg på University of Kentucky (Protokol # 00768M2004). Roden ekstrakt består ved 40% vægt / volumen i en standard dermatologiske base af 70% ethanol, 30% propylenglycol. </li><li> 200 g rå forskolin rod ...

Ved hjælp af en dyremodel for fair-flået menneske, finder vi, at lokal applikation af en forskolin-rige rå rod ekstrakt håndfast mørkere epidermis ved at stimulere melanin produktionen i huden. Epidermal melanin er afhængig af ekspressionen af ​​stamcelle faktor i de basale epidermis, som forekommer i human hud, men ikke i genetisk modificerede mus hud. Den dorsale hud af genetisk modificerede mus mangler et tilstrækkeligt antal interfollicular melanocytter at bibringe pigment til huden. Kun i fastsættelsen ...

Forekomsten af ​​melanom, den mest dødelige form for hudkræft, er steget dramatisk i løbet af de sidste årtier i USA, især blandt lyshudede individer. Stærk molekylære og epidemiologiske beviser implicerer UV-stråling som en vigtig sygdomsfremkaldende miljøfaktor 2-5. Øget UV-eksponering i form af udsættelse for sol og solarium brug sandsynligvis vil være ansvarlig for meget af stigninger i modermærkekræft forekomst 6-7. Melanom risiko forekommer specielt knyttet til solforbrændinger 8, især dem tidligt i livet 9-10. Risiko for solskoldning er knyttet til ikke blot at dosere og intensiteten af ​​UV-eksponering, men også af arvelige faktorer, der påvirker kutan reaktion på UV-stråling. Hud pigmentering er en af ​​de vigtigste faktorer for UV-følsomhed, risiko for solskoldning og kræftrisiko. Melanom opstår omkring tyve gange hyppigere i lette flået personer i forhold til mørklødede individuals 11-13. Melanin, et pigment produceret af melanocytter i overhuden, er den vigtigste faktor for hudens teint. Melanin kommer i to store varianter: (1) eumelanin, en mørkebrun / sort pigment effektiv til at absorbere energien af ​​UV-stråling, og (2) pheomelanin en rødlig / blonde pigment mindre effektive til at forhindre gennemtrængning af UV-fotoner ind i huden. Hudfarve, UV følsomhed og modermærkekræft risiko er i vid udstrækning bestemt af epidermal eumelanin indhold 14-15. Jo mere eumelanin i epidermis, kan mindre UV fotoner trænge ind i huden. På grund af lave medfødte niveauer af eumelanin, lyshudede individer er meget mere tilbøjelige til akutte og kroniske effekter af UV-stråling 16-18. Hudpigmentering, melanom risiko og evnen til at &quot;tan&quot; efter UV-eksponering hele korrelerer med signalevne melanocortin 1-receptoren (MC1R), en Gs-koblet syv transmembrane soverfladetransport receptoren på melanocytter 19-22. Når MC1R binder dets kognate høj affinitetsligand, α-melanocyt-stimulerende hormon (α-MSH), er der aktivering af adenylylcyclase og produktion af det andet messenger-cAMP 23. Den normale fysiologiske reaktion af huden efter UV-eksponering omfatter epidermal fremstilling af α-MSH keratinocyternes 24-29. Vi og andre hypotesen, at keratinocytafledt α-MSH binder til MC1R på epidermale melanocytter, indlede nedstrøms produktion af lejren anden budbringer gennem aktivering af adenylylcyclase 30. cAMP-niveauer styrer mange sider af melanocyte differentiering, herunder overlevelse veje, DNA-reparation og pigment syntese. MC1R signalering og cAMP tydeligt fremkalde pigment enzym niveauer og eumelanin produktion. Når MC1R signalering er intakt og melanocytiske cAMP niveauer er robust, er eumelanin produceres, og huden bliver mørkere. Men hvis MC1R signalering er defekt, ogcytoplasmatiske cAMP-niveauer forbliver lav, pheomelanin produceres i stedet for 1.. Eumelanin syntese kan stimuleres farmakologisk via agenter, der øger cAMP-niveauer 1,14,31-35. Da MC1R proteinet er en vigtig regulator af modermærkekræft risiko hos mennesker 36-46, er vi interesseret i mekanismer, som MC1R beskytter melanocytter mod UV-induceret carcinogenese. Som grundlag for vores studier, der genereres vi en transgen MC1R-variant murine model på en ren C57BL / 6 genetiske baggrund 1. I denne model, stamcelle faktor (SCF) udtrykkes konstitutivt i de basale epidermis og epidermale interfollicular melanocytter er tilbageholdt i huden hele livet 47, i modsætning til de ikke-transgene mus, hvor melanocytter lokalisere til dermis i hårsækkene. Med K14-Scf transgen indarbejdet bliver epidermis pigmenteret med den særlige melanin pigmenter karakteristisk af pigmentetstamme af dyret 1. K14-SCF mus på C57BL / 6 genetiske baggrund med vildtype MC1R signalering er jet-sort hud er karakteriseret ved meget høje niveauer af eumelanin pigment. Ikke overraskende er disse dyr er meget UV-bestandig. I modsætning hertil genetisk matchede K14-SCF C57BL / 6 dyr, der huser en mutant inaktiv MC1R har næsten ingen eumelanin i epidermis. I stedet disse &quot;udvidelse&quot; dyr (MC1R e / e) har en lys hud teint forårsaget af aflejring af pheomelanin pigment (figur 1A) og er meget mere UV-følsomme 48-49. Farmakologiske forbindelser med kemiske egenskaber, der tillader indtrængning i huden har vist sig at potente inducere eumelanin i udvidelsen (MC1R e / e) K14-Scf dyremodel ved direkte at manipulere cAMP-niveauer i epidermale melanocytter i huden. Melanin opregulering i denne model har været reported af adenylylcyclase aktivering 1 samt phosphodiesterase 4-inhibering 35. I denne artikel vil vi demonstrere forberedelse og lokal applikation af forskolin i forlængelse (MC1R e / e), som model K14-SCF dyr lyshudede UV-følsomme menneske. Vi viser, at to gange daglig anvendelse af lægemidlet fremmer accelereret melanin, at mørkfarvning af huden skyldes epidermal aflejring af melaninpigment og induceret epidermal melanin beskytter mod UV-induceret solskoldning ved måling af &quot;minimal erytematøse dosis&quot; (MED) 48.

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reagents</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Coleus Forskoli extract 20%</td>
			<td>Buckton Scott USA Inc. </td>
			<td>n/a</td>
			<td>Princeton, NJ</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Isothesia, Isoflurane , USP</td>
			<td>Butler Schein</td>
			<td>NCD 11695-6776-1</td>
			<td>Dublin, OH, USA</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Xylazine</td>
			<td>Anased Injection</td>
			<td>LA04612</td>
			<td>Shenandoah, Iowa, USA</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Ketamine HCl, USP</td>
			<td>Putney</td>
			<td>NDC 26637-411-01</td>
			<td>St. Joseph, MO, USA</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Decon Labs.</td>
			<td>2705</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Propylene glycol</td>
			<td>Adesco</td>
			<td>05751L</td>
			<td>Solon, OH, USA</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Depilatory cream, Nair</td>
			<td>Church &amp; Dwight</td>
			<td>JF-11 4381322</td>
			<td>Priceton, NJ</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>EQUIPMENT</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Germicidal Hg Lamp UV-B</td>
			<td>Westinghouse</td>
			<td>F15T8UV-B</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Radiometer photometer</td>
			<td>International light</td>
			<td>1LT400A</td>
			<td>Peabody, MA,USA</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Chromameter</td>
			<td>Konica Minolta</td>
			<td>CR-400</td>
			<td>Ramsey, NJ, USA</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Data Processor for 	Chromameter CR-400</td>
			<td>Konica Monilta</td>
			<td>DR-400</td>
			<td>Ramsey, NJ, USA</td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

pharmacologic induction of epidermal melanin and protection against sunburn in a humanized mouse model

Fairness hud, UV følsomhed og hudkræft risiko alle korrelerer med den fysiologiske funktion af melanocortin 1-receptoren, en G s-koblet signalering protein, der findes på overfladen af melanocytter. MC1R stimulerer adenylylcyclase og cAMP-produktion, som igen opregulerer melanocytisk produktionen af ​​melanin i huden. For at undersøge de mekanismer, som MC1R signalering beskytter huden mod UV-skader, denne undersøgelse er baseret på en musemodel med &quot;humaniseret hud&quot; baseret på epidermal udtryk for stamcelle faktor (SCF). K14-SCF transgene mus bevarer melanocytter i epidermis og derfor har evnen til at deponere melanin i epidermis. I denne dyremodel vildtype MC1R status resulterer i robust aflejring af sort eumelanin pigment og et UV-beskyttet fænotype. I modsætning hertil K14-SCF dyr med defekte MC1R signalering evne udviser en rød / blonde pigmentering, meget lidt eumelanin i huden ogen UV-følsomme fænotype. Ræsonnement, at eumelanin deposition kan forstærkes af topiske midler, der efterligner MC1R signalering, fandt vi, at direkte anvendelse af forskolin ekstrakt på huden af MC1R-defekt lyshudede mus resulterede i robust eumelanin induktion og UV-beskyttelse 1. Her beskriver vi den fremgangsmåde til fremstilling og anvendelse af et forskolin indeholder naturlig rod ekstrakt til K14-SCF lyshudede mus og rapportere en metode til måling af UV-følsomhed ved at bestemme minimal erythematous dosis (MED). Ved hjælp af denne dyremodel, er det muligt at undersøge, hvordan epidermal cAMP induktion og melanin i huden påvirker fysiologiske reaktioner på UV-eksponering.

C57BL / 6 mus blev genereret på eumelanotic, pheomelanotic eller amelanotiske baggrunde inkorporerer K14-Scf transgen som beskrevet (figur 1A). Kohorter af lyshudede forlængelse (MC1R e / e, Tyr + / +) blev mus behandlet topisk med to gange daglige doser af enten vehikel (70% ethanol, 30% propylenglycol), eller 40% rå Coleus forskohlii rod ekstrakt (80 uM per dosis) i 5 dage (Figur 2B). Virkninger af topiske behandlinger på epidermal pigmenter...

Watch this Scientific Journal Video about Pharmacologic Induction of Epidermal Melanin and Protection Against Sunburn in a Humanized Mouse Model at JoVE.com

Pharmacologic Induction of Epidermal Melanin and Protection Against Sunburn in a Humanized Mouse Model

Epidermal melanin induceres ved lokal applikation af forskolin i en murin model af fair-flået UV-følsomme menneske. Farmakologisk manipulation af cAMP-niveauer i huden og epidermal mørkfarvning kraftigt beskytte mod UV-medieret inflammation (solskoldning) som målt af den minimale erytematøse dosis (MED) assay.

Farmakologisk Induktion af epidermal Melanin og beskyttelse mod solskoldning i et humaniseret musemodel

Fairness of skin, UV sensitivity and skin cancer  risk all correlate with the physiologic function of the melanocortin 1  receptor, a Gs-coupled signaling ...

Research

JoVE Journal

Medicine

A Mouse Model of in Utero Transplantation

A Mouse Model of in Utero Transplantation

The transplantation of stem cells and viruses in utero has tremendous potential for treating congenital disorders in the human fetus.  For example, in ...

Multi-photon Imaging of Tumor Cell Invasion in an Orthotopic Mouse Model of Oral Squamous Cell Carcinoma

Loco-regional invasion of head and neck cancer is linked to metastatic risk and presents a difficult challenge in designing and implementing patient ...

Sublingual Immunotherapy as an Alternative to Induce Protection Against Acute Respiratory Infections

Sublingual immunterapi som et alternativ til at yde beskyttelse mod akutte luftvejsinfektioner

Sublingual route has been widely used to deliver small molecules into the bloodstream and to modulate the immune response at different sites. It has been ...

Establishment and Characterization of UTI and CAUTI in a Mouse Model

Etablering og karakterisering af UTI og CAUTI i en musemodel

Urinary tract infections (UTI) are highly prevalent, a significant cause of morbidity and are increasingly resistant to treatment with antibiotics. ...

Stem-cell Based Engineered Immunity Against HIV Infection in the Humanized Mouse Model

Stem-celle Baseret Udviklet immunitet mod HIV-infektion i humaniseret musemodel

With the rapid development of stem cell-based gene therapies against HIV, there is pressing requirement for an animal model to study the hematopoietic ...

Generation of a Humanized Mouse Liver Using Human Hepatic Stem Cells

Generering af en humaniseret Mouse Lever Brug humane lever Stamceller

A novel animal model involving chimeric mice with humanized livers established via human hepatocyte transplantation has been developed. These mice, in ...

Induction of Accelerated Atherosclerosis in Mice: The "Wire-Injury" Model

Induktion af accelereret åreforkalkning i Mus: Den "Wire-Skade" Model

Atherosclerosis is a proliferative fibro-inflammatory disease developing in the arterial wall, inducing a deficient blood flow or a lack of blood flow. ...

Intravital Microscopy and Thrombus Induction in the Earlobe of a Hairless Mouse

Intravital mikroskopi og thrombus Induktion i øreflippen af ​​en hårløs mus

Thrombotic complications of vascular diseases are one leading cause of morbidity and mortality in industrial nations. Due to the complex interactions ...

Cardiopulmonary Bypass in a Mouse Model: A Novel Approach

Hjertemassage Bypass i en musemodel: en ny tilgang

As prolonged cardiopulmonary bypass becomes more essential during cardiac interventions, an increasing clinical demand arises for procedure optimization ...

Induction and Micro-CT Imaging of Cerebral Cavernous Malformations in Mouse Model

Induktion og Micro-CT billeddannelse af Cerebral bundløs misdannelser i musen Model

Mutations in the CCM1 (aka KRIT1), CCM2, or CCM3 (aka PDCD10) gene cause cerebral cavernous malformation (CCM) in humans. Mouse models of CCM disease have ...