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

Författarna vill tacka Malinda Spry för tekniskt stöd. Vi erkänner också nuvarande och tidigare finansieringskällor: National Cancer Institute (R01 CA131075, R01 CA131075-02S1), den Wendy Will Fall Cancer Research Fund, den Markey Cancer Foundation, Barnens Miracle Network och Jennifer och David Dickens Melanoma Research Foundation.

1. Framställning av forskolin för topisk administration från en Rå rotextrakt av Plectranthus barbatus (Cohleus forskohlii) Växt <ol><li> Protokoll för murina experiment följde riktlinjerna för etiskt uppförande i skötsel och användning av djur och har godkänts av Institutional Animal Care och användning kommittén vid University of Kentucky (protokoll # 00768M2004). Roten extraktet består vid 40% vikt / volym i en vanlig dermatologisk bas av 70% etanol, 30% propylenglykol. </li><li> Väg upp 20...

Med hjälp av en djurmodell av den ljushyade människor, finner vi att lokal applicering av en forskolin rika rå rotextrakt mörknar kraftigt överhuden genom att stimulera melaninproduktionen i huden. Epidermal melanin är beroende av expression av stamcellfaktor i de basala epidermis, vilket förekommer i human hud, men inte i genetiskt omodifierade mushud. Den dorsala huden av genetiskt omodifierade möss saknar tillräckligt antal interfollikulära melanocyter för att ge pigment på huden. Endast i inställningen ...

Förekomsten av melanom, den mest dödliga formen av hudcancer, har ökat dramatiskt under de senaste decennierna i USA, särskilt bland ljushyade individer. Stark molekylär och epidemiologiska bevis blandar in UV-strålning som en viktig orsakande miljöfaktor 2-5. Ökad UV-exponering i form av solexponering och solarium användning kommer sannolikt att vara ansvarig för en stor del av ökningen av melanom incidensen 6-7. Melanom risk förefaller särskilt kopplat med solbränna 8, särskilt de tidigt i livet 9-10. Risk för solbränna är kopplad inte bara till dos och intensitet av UV-exponering, utan också av ärftliga faktorer som påverkar kutan reaktion på UV-strålning. Hud pigmentering är en av de viktigaste faktorerna för UV-känslighet, risken för solbränna och cancerrisk. Melanom uppträder ungefär tjugo gånger oftare hos ljushyade personer jämfört med mörkhyade individuals 11-13. Melanin, ett pigment som produceras av melanocyter i epidermis, är den viktigaste faktorn för hudfärg. Melanin kommer i två stora sorter: (1) eumelanin, en mörkbrun / svart pigment effektiv på att absorbera energin från UV-strålning, och (2) pheomelanin en rödaktig / blond pigment mindre effektiv på att förhindra penetrering av UV-fotoner in i huden. Hudfärg, UV-känslighet och melanom risker till stor del bestäms av epidermal eumelanin halt 14-15. Ju mer eumelanin i epidermis, kan mindre UV-fotonerna tränger in i huden. På grund av låga medfödda nivåer av eumelanin, ljushyade människor är mycket mer benägna att akuta och kroniska effekter av UV-strålning 16-18. Hudpigmentering, melanom risk och förmåga att &quot;solbränna&quot; efter UV-exponering alla korrelerar med signaleringsförmåga av melanokortin en receptor (Mc1r), ett Gs-coupled sju transmembrana surface receptor på melanocyter 19-22. När Mc1r binder dess besläktade hög affinitetsligand, α-melanocytstimulerande hormon (α-MSH), finns det aktivering av adenylylcyklas och produktion av den andra budbäraren cAMP 23. Den normal fysiologisk reaktion i huden efter UV-exponering inkluderar epidermal produktion av α-MSH av keratinocyter 24-29. Vi och andra hypotes är att keratinocythärledda α-MSH binder till Mc1r på epidermala melanocyter, initiera nedströms produktion av cAMP andra budbärare genom aktivering av adenylylcyklas 30. cAMP-nivåer kontrollerar många aspekter av melanocyte differentiering, inklusive överlevnad vägar, DNA-reparation och pigmentsyntes. Mc1r signalering och cAMP tydligt framkalla pigmentenzymnivåer och eumelanin produktion. När Mc1r signalering är intakt och melanocytiska cAMP-nivåer är robusta, är eumelanin produceras och huden mörknar. Men om Mc1r signalering är defekt ochcytoplasma cAMP-nivåerna fortfarande låga, är pheomelanin produceras istället 1. Eumelanin syntes kan stimuleras farmakologiskt av agenter som höjer cAMP-nivåer 1,14,31-35. Eftersom Mc1r proteinet är en viktig regulator av melanom risken för människor från 36 till 46, är vi intresserade av mekanismer genom vilka Mc1r skyddar melanocyter mot UV-inducerad karcinogenes. Som grund för våra studier, vi genererat en transgen Mc1r-variant musmodell på en ren C57BL / 6 genetisk bakgrund 1. I denna modell, stamcellsfaktor (SCF) uttrycks konstitutivt i de basala epidermis och epidermala interfollikulära melanocyter hålls kvar i huden under hela livet 47, i motsats till den icke-transgena möss i vilka melanocyter lokalisera till dermis i hårsäckarna. Med K14-Scf transgen införlivas, blir epidermis pigmenterad med den speciella melaninpigment karakteristisk av pigmentetstam av djur 1. K14-SCF-möss på C57BL / 6 genetisk bakgrund med vildtyp Mc1r signalering har kolsvart hud kännetecknas av mycket höga nivåer av eumelanin pigment. Inte överraskande, dessa djur är mycket UV-resistent. Däremot genetiskt matchade K14-SCF-C57BL / 6 djur som hyser en mutant inaktiv Mc1r har nästan ingen eumelanin i epidermis. Istället dessa &quot;förlängning&quot; djur (Mc1r e / e) har en ljus hy hy orsakas av nedfall av pheomelanin pigment (Figur 1 A) och är mycket mer UV-känsliga 48-49. Farmakologiska föreningar med kemiska egenskaper som möjliggör penetration in i huden har visats ge en potent inducera eumelanin i förlängningen (Mc1r e / e) K14-Scf djurmodell genom att direkt manipulera cAMP-nivåer i epidermala melanocyter i huden. Melanin uppreglering i denna modell har renoveeported av adenylylcyklas aktivering 1 samt fosfodiesteras 4-hämning 35. I den här artikeln visar vi att förbereda och lokal applicering av forskolin i förlängningen (Mc1r e / e) K14-SCF-djur som modell för ljushyade UV-känslig människa. Vi visar att två gånger dagligen tillämpning av läkemedlet främjar accelererad melanin, det mörkare hud beror på epidermal nedfallet av melanin pigment och som framkallade epidermal melanin skyddar mot UV-inducerad solbränna genom mätning av &quot;minimal erytematös dos&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

Rimlighets av hud, UV-känslighet och risk hudcancer alla korrelera med den fysiologiska funktionen av melanokortin en receptor, en G s-kopplad signalering protein som finns på ytan av melanocyter. Mc1r stimulerar adenylylcyklas och cAMP produktionen som i sin tur, uppreglerar melanocytisk produktionen av melanin i huden. För att studera de mekanismer genom vilka Mc1r signalering skyddar huden mot UV-skador, bygger denna studie på en musmodell med &quot;humaniserad hud&quot; baserad på epidermal uttryck för stamcellsfaktor (SCF). K14-SCF-transgena möss behåller melanocyter i epidermis och därför har förmågan att sätta in melanin i överhuden. I denna djurmodell, vild typ Mc1r status ger robust nedfall av svart eumelanin pigment och en UV-skyddad fenotyp. Däremot K14-SCF-djur med defekt Mc1r signalering förmåga uppvisar en röd / blond pigmentering, mycket lite eumelanin i huden ochen UV-känslig fenotyp. Resonemang som eumelanin nedfallet skulle förstärkas av aktuella ämnen som efterliknar Mc1r signalering, fann vi att en direkt tillämpning av forskolin extrakt på huden hos Mc1r-defekt ljushyade möss resulterade i robust eumelanin induktion och UV-skydd 1. Här beskriver vi den metod för att framställa och använda en forskolin innehåller naturliga rotextrakt till K14-SCF ljushyade möss och redovisa en metod för att mäta UV-känslighet genom att bestämma minimal erytematös dos (MED). Med hjälp av denna djurmodell, är det möjligt att studera hur epidermal cAMP induktion och melanin i huden påverkar fysiologiska reaktioner på UV-exponering.

C57BL / 6 möss alstrades på eumelanotic, pheomelanotic eller amelanotiska bakgrunder som innehåller den K14-Scf transgenen såsom beskrivits (Figur 1A). Kohorter av ljushyad förlängning (Mc1r e / e, Tyr + / +) möss behandlades lokalt med två gånger dagligen med antingen fordon (70% etanol, 30% propylenglykol) eller 40% rå Coleus forskohlii rotextrakt (80 ^ M per dos) under 5 dagar (Figur 2B). Effekter av utvärtes behandlingar på epiderm...

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 induceras genom lokal applicering av forskolin i en musmodell av ljushyade UV-känslig människa. Farmakologisk manipulation av cAMP-nivåer i huden och epidermal mörknar kraftigt skyddar mot UV-medierad inflammation (solbränna), mätt med den minsta erytematösa dosen (MED)-analys.

Farmakologisk Induktion av epidermal melanin och skydd mot solbränna i en humaniserad musmodell

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

En musmodell av I livmodern 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

Multi-photon avbildning av tumörcellen invasion i ett Orthotopic musmodell av oral skivepitelcancer

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 ett alternativ att inducera skydd mot akuta luftvägsinfektioner

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

Upprättande och karakterisering av UTI och CAUTI i en musmodell

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

Stamcells Baserat Engineered immunitet mot HIV-infektion i humaniserad musmodell

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 humaniserad muslever Använda Human 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 av accelererad åderförkalkning hos möss: "Wire-skada" 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

Intravital mikroskopi och trombos induktion i örsnibben av en hårlös 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

Hjärt Bypass i en musmodell: en ny metod

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

Insugnings- och Micro-CT-avbildning av Cerebral Cavernous missbildningar i musmodell

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 ...