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 å takke Malinda Spry for teknisk assistanse. Vi erkjenner også nåværende og tidligere finansieringskilder: National Cancer Institute (R01 CA131075, R01 CA131075-02S1), Wendy Will sak Cancer Research Fund, Markey Cancer Foundation, Barnas Miracle Network og Jennifer og David Dickens Melanoma Research Foundation.

En. Utarbeidelse av Forskolin for lokal administrasjon fra en Crude Root Extract av Plectranthus barbatus (Cohleus forskohlii) Plant <ol><li> Protokoller for murine eksperimenter fulgt retningslinjene for etisk opptreden i stell og bruk av dyr, og ble godkjent av Institutional Animal Care og bruk komité ved University of Kentucky (Protokoll # 00768M2004). Roten ekstrakt består ved 40% vekt / volum i en standard dermatologiske base av 70% etanol, 30% propylenglykol. </li><li> Vei 200 g rå forskolin rot ekst...

Ved hjelp av en dyremodell av lyshudet menneske, finner vi at lokal applikasjon av en forskolin-rik olje rot ekstrakt robust mørkner overhuden ved å stimulere produksjonen av melanin i huden. Epidermal melanization er avhengig av ekspresjonen av stamcellefaktor i basal epidermis, som forekommer i human hud, men ikke i genetisk modifiserte muse hud. Den dorsale hud på genetisk-modifiserte mus mangler tilstrekkelig antall interfollicular melanocytter å bibringe pigment i huden. Bare i innstillingen av konstitutiv eksp...

Forekomsten av føflekkreft, den mest dødelige formen for hudkreft, har økt dramatisk de siste tiårene i USA, særlig blant lyshudet personer. Sterk molekylære og epidemiologiske bevis impliserer UV-stråling som en viktig utløsende miljøfaktor 2-5. Økt UV-stråling i form av soleksponering og Solseng bruk er sannsynlig å være ansvarlig for mye av økningen i melanom forekomst 6-7. Melanom risikoen synes særlig knyttet til solforbrenning 8, særlig de tidlig i livet 9-10. Risiko for solbrenthet er knyttet ikke bare til dose og intensiteten av UV-stråling, men også av nedarvede faktorer som påvirker kutan reaksjon på UV-stråling. Pigment i huden er en av de viktigste determinantene for UV-følsomheten, risiko for solbrenthet og kreftrisiko. Melanom forekommer omtrent tjue ganger oftere i lys-skinned personer sammenlignet med mørkhudet individuals 11-13. Melanin, et pigment produsert av melanocytter i epidermis, er den viktigste determinant av hudfarge. Melanin kommer i to hoved varianter: (1) eumelanin, en mørkebrun / sort pigment effektiv til å absorbere energien av UV-stråling, og (2) Pheomelanin, et rødaktig / blonde pigment mindre effektivt for å forhindre inntrengning av UV fotoner inn i huden. Hudfarge, UV-følsomhet og føflekkreft risiko er i stor grad bestemt av epidermal eumelanin innhold 14-15. Jo mer eumelanin i epidermis, kan de mindre UV fotoner trenge inn i huden. På grunn av lave medfødte nivåer av eumelanin, lyshudet individer er mye mer utsatt for akutte og kroniske effekter av UV-stråling 16-18. Pigment i huden, melanom risiko og evnen til &quot;tan&quot; etter UV-eksponering all korrelerer med signale evne melanocortin-reseptor 1 (MC1R), en G s-koblet syv transmembrane surface reseptor på melanocyttene 19-22. Når MC1R binder kognatreseptoren høyaffinitets ligand, α-melanocyte stimulerende hormon (α-MSH), er aktivering av adenylat cyclase og fremstilling av den andre budbringer cAMP 23.. Den normale fysiologiske responsen til huden etter UV eksponering inneholder epidermal produksjon av α-MSH ved keratinocytter 24-29. Vi og andre hypotese at keratinocyte-avledet α-MSH binder seg til MC1R på epidermal melanocytter, initiere nedstrøms produksjon av cAMP andre messenger gjennom aktivering av adenylyl cyclase 30. cAMP nivåer styre mange aspekter av melanocyte differensiering, inkludert overlevelses trasé, DNA-reparasjon og pigmentsyntesen. MC1R signalering og cAMP klart indusere pigmentenzymnivåer og eumelanin produksjon. Når MC1R signale er intakt og melanocyttisk cAMP-nivåer er robust, er eumelanin produsert og huden mørkere. Imidlertid, hvis MC1R signale er defekt, ogcytoplasmatiske cAMP nivået fortsatt lavt, er pheomelanin produsert istedenfor en. Eumelanin syntese kan stimuleres farmakologisk av agenter som øker cAMP nivåer 1,14,31-35. Siden MC1R protein er en viktig regulator av melanom risiko hos mennesker 36-46, vi er interessert i mekanismer som MC1R beskytter melanocytter mot UV-indusert karsinogenese. Som et fundament for våre studier, genererte vi en transgen MC1R-variant murine modell på en ren C57BL / 6 genetisk bakgrunn en. I denne modellen, stamcellefaktor (SCF) blir konstitutivt uttrykt i de basale epidermis og epidermale interfollicular melanocytter beholdes i huden gjennom hele livet 47, i motsetning til den ikke-transgene mus der melanocytter lokalisere til dermis i hårsekkene. Med den K14-Scf transgenet inkorporert, blir epidermis pigmentert med den bestemte melanin pigmentene karakteristisk for pigmentetstamme av dyr en. K14-SCF mus på C57BL / 6 genetisk bakgrunn med villtype MC1R signale har jet-svart hud preget av svært høye nivåer av eumelanin pigment. Ikke overraskende har disse dyrene er sterkt UV-bestandig. I kontrast, genetisk matchet K14-SCF C57BL / 6 dyr som er bærere en mutant inaktive MC1R har nesten ingen eumelanin i overhuden. I stedet, disse &quot;forlengelse&quot; dyr (MC1R e / e) har en fair hudfarge forårsaket av deponering av pheomelanin pigment (figur 1A) og er mye mer UV-sensitive 48-49. Farmakologiske forbindelser med kjemiske egenskaper som tillater gjennomtrengning inn i huden har vist seg å være kraftige indusere eumelanin i forlengelsen (MC1R e / e) K14-Scf dyremodell ved direkte manipulering av cAMP-nivåene i epidermale melanocytter i huden. Melanin oppregulering i denne modellen har vært reported av adenylat cyclase aktivering 1, så vel som fosfodiesterase 4 inhibering 35.. I denne artikkelen viser vi forberedelse og lokal applikasjon av forskolin i forlengelse (MC1R e / e) K14-SCF dyr som modell lyshudet UV-sensitive menneske. Vi viser at to ganger daglig påføring av medikamentet fremmer akselerert melanization, at huden mørkere skyldes epidermal avsetning av melanin pigment og det induserte epidermal melanin beskytter mot UV-indusert solbrent ved måling av &quot;minimal erytematøs dose&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

Rettferdighets av hud, UV-følsomheten og risiko hudkreft all korrelerer med den fysiologiske funksjon av melanocortin en reseptor, en G s-koblet signale protein som finnes på overflaten av melanocytter. MC1R stimulerer adenylyl cyclase og cAMP-produksjon, som i sin tur opp-regulerer melanocytt produksjonen av melanin i hud. For å studere mekanismer som MC1R signale beskytter huden mot UV-skader, er avhengig denne studien på en musemodell med &quot;humanisert hud&quot; basert på epidermal uttrykk for stamcellefaktor (SCF). K14-SCF transgene mus beholde melanocyttene i Epidermis og derfor har evne til å avsette melanin i epidermis. I denne dyremodell, villtype MC1R gir stor robust avsetning av svarte eumelanin pigment og en UV-beskyttet fenotype. I kontrast, K14-SCF dyr med defekt MC1R signale evne utviser en rød / blonde pigmentering, svært lite eumelanin i huden ogen UV-sensitive fenotype. Resonnement som eumelanin deponering kan bli forsterket av aktuelle agenter som etterligner MC1R signalering, fant vi at direkte bruk av forskolin ekstrakt på huden til MC1R-defekt lyshudet mus resulterte i robust eumelanin induksjon og UV-beskyttelse 1. Her beskriver vi metoden for å utarbeide og bruke en forskolin holdig naturlig rot ekstrakt til K14-SCF lyshudet mus og rapportere en metode for å måle UV-følsomhet ved å bestemme minimal erytematøst dose (MED). Ved hjelp av denne dyremodell, er det mulig å studere hvordan epidermal cAMP induksjon og melanization av huden påvirke fysiologiske respons på UV-eksponering.

C57BL / 6 mus ble generert på eumelanotic, pheomelanotic eller amelanotisk bakgrunn som omfatter K14-Scf transgenet som beskrevet (figur 1A). Årskull av lyshudet forlengelse (MC1R e / e, Tyr + / +) ble mus behandlet lokalt med to ganger daglige doser av enten bil (70% etanol, 30% propylenglykol) eller 40% olje Coleus forskohlii rot ekstrakt (80 mikrometer per dose) for 5 dager (Figur 2b). Effekter av aktuelle 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 er indusert av lokal applikasjon av forskolin i en murine modell av lyshudet UV-sensitive menneske. Farmakologisk manipulering av cAMP-nivåer i huden og epidermal mørkere sterkt beskytter mot UV-mediert betennelse (solbrenthet) målt ved den minste erytematøs dose (MED) assay.

Farmakologisk Induksjon av epidermal Melanin og beskyttelse mot solbrenthet i en humanisert Mouse Model

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 å indusere beskyttelse mot akutte luftveisinfeksjoner

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 av UTI og CAUTI i en musemodell

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

Stamcelle Basert Konstruert immunitet mot HIV-infeksjon i humanisert Mouse Model

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 av en humanisert muselever med 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

Induksjon av akselerert aterosklerose hos mus: "Wire-Injury" Modell

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

Intramikroskopi og Trombevekten Induksjon i øreflippen av en naken 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

Hjerte Bypass i en musemodell: en ny tilnærming

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

Induksjon og mikro-CT avbilding av Cerebral kavernøse misdannelser i musemodell

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 ...