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

De auteurs willen Malinda Spry bedanken voor technische bijstand. Wij huidige en vroegere financieringsbronnen erkennen ook: de National Cancer Institute (R01 CA131075, R01 CA131075-02S1), het Wendy Will zaak Kanker Onderzoek Fonds, de Markey Cancer Foundation, de Children&#39;s Miracle Network en de Jennifer en David Dickens Melanoma Research Foundation.

1. Voorbereiding van Forskoline voor topische toediening van een ruwe Root Extract van de Plectranthus barbatus (Cohleus forskohlii) Plant <ol><li> Protocollen voor muizen experimenten volgde de richtlijnen voor het ethisch handelen in de zorg en het gebruik van dieren en werden goedgekeurd door het Comite Institutional Animal Care en gebruik aan de Universiteit van Kentucky (Protocol # 00768M2004). De wortel extract bestaat 40% gewicht / volume in een standaard dermatologische basis van 70% ethanol, 30% prop...

Met behulp van een diermodel van de lichte huid van de mens, vinden we dat de actuele toepassing van een forskolin rijk ruw extract van de wortel stevig donkerder de opperhuid door het stimuleren van de productie van melanine in de huid. Epidermale melanisatie is afhankelijk van de expressie van stamcel factor in de basale epidermis, zoals bij humane huid, maar niet in genetisch gemodificeerde muizen huid. De dorsale huid van genetisch gemodificeerde muizen onvoldoende aantallen interfolliculaire melanocyten pigment gev...

De incidentie van melanoom, de meest dodelijke vorm van huidkanker, is dramatisch toegenomen in de afgelopen decennia in de Verenigde Staten, met name bij lichte huid individuen. Sterke moleculaire en epidemiologische bewijs impliceert UV-straling als een belangrijke oorzakelijke factor milieu 2-5. Verhoogde UV blootstelling in de vorm van blootstelling aan de zon en zonnebank gebruik waarschijnlijk verantwoordelijk voor veel van de verhogingen van melanoom incidentie 6-7 zijn. Melanoom risico lijkt vooral verbonden met zonnebrand 8, vooral die vroeg in het leven 9-10. Risico van zonnebrand is niet alleen op de dosis en de intensiteit van UV-straling, maar ook door erfelijke factoren die cutane reactie op UV-straling beïnvloeden. Pigmentatie van de huid is een van de belangrijkste determinanten van de UV-gevoeligheid, het risico van zonnebrand en het risico op kanker. Melanoom komt voor ongeveer twintig keer vaker voor bij lichte huid personen in vergelijking met een donkere huidskleur individuatiels 11-13. Melanine, een pigment geproduceerd door melanocyten in de epidermis, is de belangrijkste determinant van de huid teint. Melanine komt in twee belangrijke soorten: (1) eumelanine, een donkerbruin / zwart pigment effectief in het absorberen van de energie van UV-straling en (2) pheomelanin, een rood / blond pigment minder effectief in het voorkomen penetratie van UV-fotonen in de huid. Huidskleur, UV-gevoeligheid en melanoom risico&#39;s worden grotendeels bepaald door de epidermale melanine gehalte 14-15. Hoe meer eumelanine in de epidermis, hoe minder UV fotonen in de huid doordringen. Vanwege de lage aangeboren niveaus van melanine, een lichte huid mensen zijn veel meer vatbaar voor acute en chronische effecten van UV-straling 16-18. Huidpigmentatie, melanoma&#39;s en de mogelijkheid om &quot;tan&quot; na UV-belichting alle correleren met de signalering vermogen van de melanocortine 1 receptor (MC1R), een Gs-gekoppelde zeven transmembraan surface receptor op melanocyten 19-22. Wanneer MC1R bindt zijn verwante hoge affiniteit ligand, α-melanocyt stimulerend hormoon (α-MSH), is de activering van adenylylcyclase en productie van het tweede messenger cAMP 23. De normale fysiologische reactie van de huid na blootstelling aan UV omvat epidermale productie van α-MSH door keratinocyten 24-29. Wij en anderen veronderstellen dat-keratinocyten afgeleide α-MSH bindt aan MC1R op epidermale melanocyten, het initiëren van downstream-productie van de cAMP tweede boodschapper door activatie van adenylylcyclase 30. cAMP niveaus controleren vele aspecten van melanocyten differentiatie, waaronder overleving routes, DNA-reparatie en pigment synthese. MC1R signalering en cAMP duidelijk induceren pigment enzymniveaus en eumelanine productie. Wanneer MC1R signalering is intact en melanocytaire cAMP niveaus zijn robuust, wordt eumelanine geproduceerd en de huid donkerder. Indien MC1R signalering defect encytoplasmatische cAMP niveaus laag blijven, wordt pheomelanin plaats 1 geproduceerd. Eumelanine synthese kan farmacologisch worden gestimuleerd door agenten die cAMP verhogen 1,14,31-35. Sinds het MC1R-eiwit is een belangrijke regulator van melanoom risico voor de mens 36-46, wij zijn geïnteresseerd in mechanismen waardoor MC1R beschermt melanocyten tegen UV-geïnduceerde carcinogenese. Als basis voor onze studies genereerden wij een transgene MC1R-variant muismodel op een zuivere C57BL / 6 genetische achtergrond 1. In dit model, stamcelfactor (SCF) wordt constitutief tot expressie gebracht in de basale epidermis en interfolliculaire epidermale melanocyten worden vastgehouden in de huid gedurende het leven 47, in tegenstelling tot de niet-transgene muizen waarin melanocyten lokaliseren de dermis in haarfollikels. Met de K14-Scf transgen opgenomen, wordt de epidermis gepigmenteerd met de specifieke melanine pigmenten kenmerk van het pigmentstam van het dier 1. K14-Scf muizen op de C57BL / 6 genetische achtergrond met wild type MC1R signalering hebben gitzwarte huid gekenmerkt door zeer hoge niveaus van melanine pigment. Niet verrassend, deze dieren zijn zeer UV-bestendig. Daarentegen genetisch matched K14-Scf C57BL / 6 dieren met een mutant inactief MC1R ophopen bijna geen melanine in de epidermis. In plaats daarvan, deze &quot;uitbreiding&quot; dieren (MC1R e / e) hebben een lichte huid teint wordt veroorzaakt door afzetting van pheomelanin pigment (Figuur 1A) en zijn veel meer UV-gevoelige 48-49. Farmacologische verbindingen met chemische eigenschappen die penetratie in de huid mogelijk is aangetoond krachtig eumelanine induceren in de verlenging (MC1R e / e) K14-Scf diermodel door direct manipuleren cAMP niveaus in epidermale melanocyten in de huid. Melanine opregulatie in dit model is r geweesteported van adenylaat cyclase activeren 1 als fosfodiesterase 4 inhibitie 35. In dit artikel tonen we aan de voorbereiding en de actuele toepassing van forskolin in extensie (MC1R e / e) K14-Scf dieren welk model de lichte huid UV-gevoelige mens. We laten zien dat tweemaal daags aanbrengen van het geneesmiddel bevordert de versnelde melanisatie, dat de huid donkerder is te wijten aan epidermale afzetting van melanine pigment en dat veroorzaakte epidermale melanine beschermt tegen UV-geïnduceerde zonnebrand door meting van de &quot;minimale erythemateuze 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

Eerlijke huid, UV gevoeligheid en het risico van huidkanker alle correleren met de fysiologische functie van de melanocortine receptor 1, een Gs-gekoppelde signalerende proteïne op het oppervlak van melanocyten. MC1R stimuleert adenylylcyclase en cAMP-productie die op zijn beurt op-reguleert melanocyt productie van melanine in de huid. Om de mechanismen die MC1R signalering beschermt de huid tegen UV-schade bestuderen deze studie wordt een muismodel met &quot;gehumaniseerde skin&quot; gebaseerd op epidermale expressie van stamcelfactor (SCF). K14-Scf transgene muizen behouden melanocyten in de epidermis en derhalve de mogelijkheid om melanine deponeren in de epidermis. In dit diermodel, wild type MC1R-status leidt tot robuuste afzetting van zwarte eumelanine pigment en een uv-bescherming fenotype. In tegenstelling, K14-Scf dieren met defecte MC1R signalering vermogen vertonen een rood / blond pigmentatie, heel weinig eumelanine in de huid eneen UV-gevoelige fenotype. Redeneren dat eumelanine afzetting zou kunnen worden versterkt door actuele agenten dat MC1R signalering na te bootsen, vonden we dat directe toepassing van forskolin extract om de huid van MC1R-defecte lichte huid muizen resulteerde in robuuste eumelanine inductie en UV-bescherming 1. Hier beschrijven we de werkwijze voor het bereiden en toepassen van een-forskolin met natuurlijke extract van de wortel naar K14-Scf lichte huid muizen en rapporteren van een methode voor het meten van UV-gevoeligheid door het bepalen van minimale erythemateuze dosis (MED). Met dit diermodel is het mogelijk om te bestuderen hoe epidermale cAMP inductie en melanisatie van de huid beïnvloeden fysiologische reacties op blootstelling aan UV.

C57BL / 6 muizen werden gegenereerd op eumelanotic, pheomelanotic of amelanotisch achtergronden waarin de K14-Scf transgen beschreven (Figuur 1A). Cohorten van lichte huid extensie (MC1R e / e, Tyr + / +) werden muizen die lokaal werden behandeld met tweemaal daags doses van het voertuig (70% ethanol, 30% propyleenglycol) of 40% ruwe Coleus forskohlii wortel extract (80 micrometer per dosis) gedurende 5 dagen (Figuur 2B). Effecten van actuele beha...

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

Epidermale melanine wordt geïnduceerd door topische applicatie van forskolin in een muizenmodel van de lichte huid UV-gevoelige mens. Farmacologische manipulatie van cAMP niveaus in de huid en epidermale donkerder sterk tegen UV-gemedieerde inflammatie (zonnebrand) zoals gemeten door de minimale erythemateuze dosis (MED) assay.

Farmacologische Inductie van epidermale melanine en bescherming tegen zonnebrand in een gehumaniseerd muismodel

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

Een muis model van de In Utero Transplantatie

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

Multi-foton Imaging van de tumorcel invasie in een orthotope Muis Model van Oral plaveiselcelcarcinoom

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

Sublinguale immunotherapie als een alternatief voor bescherming tegen acute luchtwegeninfecties Induce

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

Oprichting en karakterisering van UTI en Cauti in een muismodel

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

Stamcel-Based Engineered immuniteit tegen HIV infectie in het gehumaniseerde muismodel

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

Genereren van een gehumaniseerd muis lever met behulp van menselijke lever stamcellen

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

Inductie van versnelde atherosclerose bij muizen: het "Wire-Injury" 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

Opklaren en Trombus inductie in de oorlel van een Hairless Mouse

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

Cardiopulmonale Bypass in een muismodel: een nieuwe benadering

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

Inductie en Micro-CT beeldvorming van cerebrale Cavernous misvormingen in Mouse 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 ...