Informatie

Wordt de verhoogde/verlaagde enzymactiviteit (tyrosinase) veroorzaakt door een omgevingsfactor (UV-straling) beschouwd als genexpressie?


Mijn AP Bio-opdracht vraagt ​​dat ik onderzoek doe naar de effecten van UV-straling op de melanineproductie, maar de aanwijzingen en vragen suggereren dat UV-straling de genexpressie beïnvloedt. Uit wat ik kon vinden, zoals op deze universiteitssite of dit abstract op NCBI, lijkt het erop dat UV-B-straling het enzym tyrosinase rechtstreeks beïnvloedt, dat verantwoordelijk is voor de productie van melanine uit tyrosine. Dus hier is wat ik me afvraag: is onze les verkeerd door te stellen dat UV-straling genexpressie beïnvloedt, omdat het lijkt alsof het daadwerkelijk de enzymactiviteit beïnvloedt?


Aangezien @anongoodnurse de effecten van UV-straling op cellulair niveau al mooi verbergt, ga ik alleen op moleculair niveau kijken.

UV-straling van de huid veroorzaakt verhoogde DNA-schade en dus activiteit van p53 in de keratinocyten van de huid. Dit veroorzaakt (onder andere) de productie van Kitl (Kit-ligand, bindt aan de Kit-receptor) en POMC (Proopiomelanocortin) dat later wordt verwerkt tot ACTH (Adrenocorticotroop hormoon) en de verschillende MSH-vormen (Melanocytstimulerend hormoon). Deze werken in op de MC1R (Melanocortin 1-receptor) op het oppervlak van de melanocyten en veroorzaken pigmentatie. Zie onderstaande figuur uit referentie 1 als illustratie:

In de melanocyten activeert de binding van deze liganden verschillende signaaltransductieroutes die uiteindelijk allemaal leiden tot de activering van de transcriptiefactor MITF (Microphtalmia-associated transcription factor) die vervolgens de transcriptie van tyrosinase opreguleert. Zie de figuur uit referentie 1 als illustratie van wat er in de cel gebeurt:

De activiteit van de zon beïnvloedt dus direct de signaaltransductie en later de genexpressie van Tyrosinase door een specifieke transcriptiefactor. Dit vertaalt een externe stimulus (als UV-licht) naar het genexpressieniveau. De stimulus heeft geen invloed op de activiteit van het enzym, alleen op de beschikbare hoeveelheid.

Deze opregulatie stopt wanneer er geen verdere signalering door de keratinocyten is en uiteindelijk zal de tyrosinase worden afgebroken als gevolg van een normale omzetting van het enzym. Aangezien er zonder de juiste prikkel niet of weinig wordt gemaakt, zorgt dit voor een stop of vermindering van de pigmentproductie. Dit gebeurt als je minder UV-licht op je huid krijgt, wat bijvoorbeeld in de winter in Europa gebeurt. Het afstoten van de bovenste lagen van de opperhuid leidt dan tot het verlies van de gepigmenteerde keratinocyten, waardoor mensen lichter worden.

Referenties:

  1. De melanoomrevolutie: van UV-carcinogenese naar een nieuw tijdperk in therapieën
  2. De rollen van microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor en pigmentatie bij melanoom.

Tenzij er een feedbackmechanisme is dat genexpressie uitschakelt (dat de eiwitten aanstuurt die door een cel worden gemaakt), is activering of deactivering van een enzym op zichzelf geen kwestie van genexpressie, het is een kwestie van externe factoren die de activiteit van het enzym regelen. U moet beslissen wat huidpigmentatie precies veroorzaakt: het enzym of de celproliferatie, en wat onder controle staat van genexpressie en wat niet.

Het meeste van wat je op ultraviolet licht en melanine vindt, zal op de een of andere manier gerelateerd zijn aan melanomen, waarvan de vorming wel genexpressie omvat, dus het is belangrijk om de twee gescheiden te houden.

Ultraviolet licht veroorzaakt proliferatie van melanocyten, waardoor de huid donkerder wordt. Melanocyten verlenen melanine aan keratinocyten; deze cellen geven je dan een kleurtje. De keratinocyten ondergaan een constante omzet, dus uiteindelijk worden ze afgestoten, en bij afwezigheid van voortdurende blootstelling aan UV-straling is het niet nodig om melanine-zware keratinocyten te blijven produceren.

De keratines en eiwitten in het stratum corneum werken voornamelijk door verstrooiing en absorptie van de UV. UV-R zet een geïntegreerd mechanisme in werking voor de vorming en afgifte van melanine in melanosomen van melanocyten naar keratinocyten. Dit mechanisme wordt waarschijnlijk geactiveerd door keratinocyten, die op UV-R reageren met uitbarstingen van mitoses en met een verhoogde productie van ET-1 en POMC, waardoor een nieuwe vraag naar melanosomen ontstaat. De mitotische snelheid van basale keratinocyten neemt een dag na blootstelling aan UV toe, bereikt een maximum 2 dagen later en houdt dit niveau gedurende ∼ 1 week aan. Het neemt dan af en de huid herwint zijn oorspronkelijke dikte na 1-2 maanden als er geen volgende blootstelling is geweest.

Voortdurende blootstelling aan UV-licht stimuleert de groei van de melanocyten. Dit vergroot de kans op het ontstaan ​​van melanomen. Omdat huidcellen die melanine bevatten worden afgestoten (daar kun je niet omheen), is het bij mensen met een lichte huidskleur om de huid te blijven verwonden en het risico op carcinogenese te behouden.

Melaninepigmentatie in de huid van zoogdieren en de hormonale regulatie ervan
Pigmentatie van de menselijke huid: melanocyten moduleren de huidskleur als reactie op stress
Mechanisme van UV-gerelateerde carcinogenese en zijn bijdrage aan naevi/melanoom


Inhoud

Endogene bronnen Bewerken

ROS worden geproduceerd door biochemische reacties die optreden tijdens de processen van ademhaling en fotosynthese in organellen zoals mitochondriën, peroxisomen en chloroplasten. [8] [11] [12] [13] Tijdens het ademhalingsproces zetten de mitochondriën energie voor de cel om in een bruikbare vorm, adenosinetrifosfaat (ATP). Het proces van ATP-productie in de mitochondriën, oxidatieve fosforylering genoemd, omvat het transport van protonen (waterstofionen) door het binnenste mitochondriale membraan door middel van de elektronentransportketen. In de elektronentransportketen worden elektronen door een reeks eiwitten geleid via oxidatie-reductiereacties, waarbij elk acceptoreiwit langs de keten een groter reductiepotentieel heeft dan het vorige. De laatste bestemming voor een elektron langs deze keten is een zuurstofmolecuul. Onder normale omstandigheden wordt de zuurstof gereduceerd om water te produceren, echter in ongeveer 0,1-2% van de elektronen die door de keten gaan (dit aantal is afgeleid van studies in geïsoleerde mitochondriën, hoewel de exacte snelheid in levende organismen nog niet volledig is overeengekomen) , zuurstof wordt in plaats daarvan voortijdig en onvolledig gereduceerd om de superoxideradicaal te geven ( • O −
2 ), het best gedocumenteerd voor Complex I en Complex III. [14]

Een andere bron van ROS-productie in dierlijke cellen zijn de elektronenoverdrachtsreacties die worden gekatalyseerd door de mitochondriale P450-systemen in steroïdogene weefsels. [15] Deze P450-systemen zijn afhankelijk van de overdracht van elektronen van NADPH naar P450. Tijdens dit proces "lekken" sommige elektronen en reageren met O2 superoxide produceren. Om deze natuurlijke bron van ROS het hoofd te bieden, bevatten de steroïdogene weefsels, eierstok en testis, een hoge concentratie antioxidanten zoals vitamine C (ascorbaat) en β-caroteen en anti-oxidant enzymen. [16]

Als er te veel schade aanwezig is in mitochondriën, ondergaat een cel apoptose of geprogrammeerde celdood. [17] [18]

Bovendien worden ROS geproduceerd in immuuncelsignalering via de NOX-route. Fagocytische cellen zoals neutrofielen, eosinofielen en mononucleaire fagocyten produceren ROS wanneer ze worden gestimuleerd. [19] [20]

In chloroplasten zorgen de door rubisco gekatalyseerde carboxylatie- en oxygenatiereacties ervoor dat de werking van de elektronentransportketen (ETC) plaatsvindt in een omgeving die rijk is aan O2. De lekkage van elektronen in de ETC zal onvermijdelijk ROS produceren in de chloroplasten. [8] Tot voor kort werd aangenomen dat ETC in fotosysteem I (PSI) de enige bron van ROS in chloroplasten was. Volgens Huang et al. [21] de stroom van elektronen van de geëxciteerde reactiecentra wordt naar de NADP geleid en deze worden gereduceerd tot NADPH, en dan gaan ze de Calvin-cyclus in en verminderen de uiteindelijke elektronenacceptor, CO2. In gevallen waar er een ETC-overbelasting is, wordt een deel van de elektronenstroom omgeleid van ferredoxine naar O2, waardoor het superoxide vrije radicaal wordt gevormd (door de Mehler-reactie). Bovendien, elektronenlekkage naar O2 kan ook voorkomen vanuit de 2Fe-2S- en 4Fe-4S-clusters in de PSI ETC. PSII biedt echter ook elektronenleklocaties (QA, QB) voor O2-producerende O2-. [22] [23] Recente gegevens suggereren dat O2- wordt gegenereerd vanuit PSII, in plaats van PSI QB wordt weergegeven als de locatie voor het genereren van O2•-. [22]

Exogene bronnen

De vorming van ROS kan worden gestimuleerd door een verscheidenheid aan middelen, zoals verontreinigende stoffen, zware metalen, [2] tabak, rook, drugs, xenobiotica of straling. In planten kan, naast de werking van droge abiotische factoren, hoge temperatuur, interactie met andere levende wezens de productie van ROS beïnvloeden.

Ioniserende straling kan schadelijke tussenproducten genereren door de interactie met water, een proces dat radiolyse wordt genoemd. Aangezien water 55-60% van het menselijk lichaam uitmaakt, is de kans op radiolyse vrij hoog bij aanwezigheid van ioniserende straling. Tijdens het proces verliest water een elektron en wordt het zeer reactief. Vervolgens wordt water via een kettingreactie in drie stappen achtereenvolgens omgezet in hydroxylradicaal ( • OH), waterstofperoxide (H2O2), superoxideradicaal ( • O −
2 ), en uiteindelijk zuurstof (O2).

De hydroxylradicaal is extreem reactief en verwijdert onmiddellijk elektronen van elk molecuul op zijn pad, waardoor dat molecuul in een vrije radicaal verandert en zo een kettingreactie teweegbrengt. Waterstofperoxide is echter eigenlijk schadelijker voor DNA dan het hydroxylradicaal, omdat de lagere reactiviteit van waterstofperoxide het molecuul voldoende tijd geeft om de celkern binnen te gaan en vervolgens te reageren met macromoleculen zoals DNA. [ citaat nodig ]

In planten vindt de productie van ROS plaats tijdens gebeurtenissen van abiotische stress die leiden tot een vermindering of onderbreking van de metabolische activiteit. Zo zijn temperatuurstijging, droogte factoren die de beschikbaarheid van CO . beperken2 door stomatale sluiting, verhoging van de productie van ROS, zoals O2·- en 1 O2 bij chloroplasten. [24] [25] De productie van 1 O2 in chloroplasten kan herprogrammering van de expressie van kerngenen veroorzaken, wat leidt tot chlorose en geprogrammeerde celdood. [25] In gevallen van biotische stress vindt de vorming van ROS aanvankelijk snel en zwak plaats en wordt dan steviger en duurzamer. [26] De eerste fase van ROS-accumulatie is geassocieerd met planteninfectie en is waarschijnlijk onafhankelijk van de synthese van nieuwe ROS-genererende enzymen. De tweede fase van ROS-accumulatie is echter alleen geassocieerd met infectie door niet-virulente pathogenen en is een geïnduceerde respons die afhankelijk is van verhoogde mRNA-transcriptiecoderende enzymen.

Superoxide dismutase Bewerken

Superoxide-dismutasen (SOD) zijn een klasse van enzymen die de dismutatie van superoxide in zuurstof en waterstofperoxide katalyseren. Als zodanig zijn ze een belangrijke antioxidantverdediging in bijna alle cellen die aan zuurstof worden blootgesteld. Bij zoogdieren en de meeste chordaten zijn drie vormen van superoxide-dismutase aanwezig. SOD1 bevindt zich voornamelijk in het cytoplasma, SOD2 in de mitochondriën en SOD3 is extracellulair. De eerste is een dimeer (bestaat uit twee eenheden), terwijl de andere tetrameren zijn (vier subeenheden). SOD1 en SOD3 bevatten koper- en zinkionen, terwijl SOD2 een mangaanion in zijn reactieve centrum heeft. De genen bevinden zich op respectievelijk chromosomen 21, 6 en 4 (21q22.1, 6q25.3 en 4p15.3-p15.1).

De SOD-gekatalyseerde dismutatie van superoxide kan worden geschreven met de volgende halfreacties:

  • M (N+1)+ − SOD + O −
    2 → M N+ − SOD + O2
  • m N+ − SOD + O −
    2 + 2H + → M (N+1)+ − SOD + H2O2.

waar M = Cu (N = 1) Mn (N = 2) Fe (N = 2) Ni (N = 2). In deze reactie oscilleert de oxidatietoestand van het metaalkation tussen N en N + 1.

Catalase, dat is geconcentreerd in peroxisomen die zich naast de mitochondriën bevinden, reageert met het waterstofperoxide om de vorming van water en zuurstof te katalyseren. Glutathionperoxidase vermindert waterstofperoxide door de energie van de reactieve peroxiden over te brengen naar een zeer klein zwavelhoudend eiwit dat glutathion wordt genoemd. De zwavel in deze enzymen fungeert als het reactieve centrum en draagt ​​reactieve elektronen van het peroxide naar het glutathion. Peroxiredoxines breken ook H . af2O2, in de mitochondriën, het cytosol en de kern.

Singlet zuurstof Bewerken

Een ander type reactieve zuurstofsoort is singlet-zuurstof (1 O2) dat bijvoorbeeld wordt geproduceerd als bijproduct van fotosynthese in planten. In aanwezigheid van licht en zuurstof kunnen fotosensitizers zoals chlorofyl triplet ( 3 O2) naar singlet zuurstof: [27]

Singletzuurstof is zeer reactief, vooral met organische verbindingen die dubbele bindingen bevatten. De resulterende schade veroorzaakt door singlet-zuurstof vermindert de fotosynthetische efficiëntie van chloroplasten. In planten die aan teveel licht worden blootgesteld, kan de verhoogde productie van singlet-zuurstof leiden tot celdood. [27] Verschillende stoffen zoals carotenoïden, tocoferolen en plastochinonen in chloroplasten doven singletzuurstof uit en beschermen tegen de toxische effecten ervan. Naast directe toxiciteit fungeert singlet-zuurstof als een signaalmolecuul. [27] Geoxideerde producten van β-caroteen die ontstaan ​​door de aanwezigheid van singlet-zuurstof, fungeren als tweede boodschappers die ofwel kunnen beschermen tegen door singlet-zuurstof veroorzaakte toxiciteit of geprogrammeerde celdood initiëren. Niveaus van jasmonaat spelen een sleutelrol bij de beslissing tussen celacclimatisering of celdood als reactie op verhoogde niveaus van deze reactieve zuurstofsoort. [27]

Effecten van ROS op het celmetabolisme zijn goed gedocumenteerd in een verscheidenheid aan soorten. [2] Deze omvatten niet alleen rollen in apoptose (geprogrammeerde celdood), maar ook positieve effecten zoals de inductie van gastheerverdediging [28] [29] genen en mobilisatie van ionentransporters. [ citaat nodig Dit impliceert dat ze de controle hebben over de cellulaire functie. In het bijzonder geven bloedplaatjes die betrokken zijn bij wondherstel en bloedhomeostase ROS vrij om extra bloedplaatjes te rekruteren op plaatsen van verwonding. Deze zorgen ook voor een link naar het adaptieve immuunsysteem via de rekrutering van leukocyten. [ citaat nodig ]

Reactieve zuurstofsoorten zijn betrokken bij cellulaire activiteit op een verscheidenheid aan ontstekingsreacties, waaronder hart- en vaatziekten. Ze kunnen ook betrokken zijn bij slechthorendheid via cochleaire schade veroorzaakt door verhoogde geluidsniveaus, bij ototoxiciteit van geneesmiddelen zoals cisplatine en bij aangeboren doofheid bij zowel dieren als mensen. [ citaat nodig ] ROS zijn ook betrokken bij bemiddeling van apoptose of geprogrammeerde celdood en ischemisch letsel. Specifieke voorbeelden zijn onder meer een beroerte en een hartaanval. [ citaat nodig ]

Over het algemeen zijn de schadelijke effecten van reactieve zuurstofsoorten op de cel meestal: [30]

  1. beschadiging van DNA of RNA
  2. oxidaties van meervoudig onverzadigde vetzuren in lipiden (lipideperoxidatie)
  3. oxidaties van aminozuren in eiwitten
  4. oxidatieve deactivering van specifieke enzymen door oxidatie van co-factoren

Pathogeen reactie Bewerken

Wanneer een plant een aanvallende ziekteverwekker herkent, is een van de eerste geïnduceerde reacties het snel produceren van superoxide ( O −
2 ) of waterstofperoxide ( H
2 O
2 ) om de celwand te versterken. Dit voorkomt de verspreiding van de ziekteverwekker naar andere delen van de plant en vormt in wezen een net rond de ziekteverwekker om beweging en reproductie te beperken.

In de zoogdiergastheer wordt ROS geïnduceerd als een antimicrobiële verdediging. [19] Om het belang van deze verdediging te benadrukken, zijn personen met chronische granulomateuze ziekte die tekortkomingen hebben bij het genereren van ROS, zeer vatbaar voor infectie door een breed scala aan microben, waaronder Salmonella enterica, Staphylococcus aureus, Serratia marcescens, en Aspergillus spp.

Studies naar de homeostase van de darmen van de Drosophila melanogaster hebben de productie van ROS aangetoond als een belangrijk onderdeel van de immuunrespons in de darm van de vlieg. ROS werkt zowel als een bactericide, dat het bacteriële DNA, RNA en eiwitten beschadigt, en als een signaalmolecuul dat herstelmechanismen van het epitheel induceert. [31] Het uracil dat vrijkomt door micro-organismen activeert de productie en activiteit van Duox, het ROS-producerende enzym in de darm. Duox-activiteit wordt geïnduceerd volgens het niveau van uracil in de darm onder basale omstandigheden, het wordt neerwaarts gereguleerd door het eiwitkinase MkP3. De strakke regulatie van Duox vermijdt overmatige productie van ROS en vergemakkelijkt het onderscheid tussen goedaardige en schade-inducerende micro-organismen in de darm. [32]

De exacte manier waarop ROS de gastheer verdedigt tegen binnendringende microben is niet volledig begrepen. Een van de meest waarschijnlijke manieren van verdediging is schade aan microbieel DNA. Studies met Salmonella toonden aan dat DNA-herstelmechanismen nodig waren om het doden door ROS te weerstaan. Meer recentelijk is een rol voor ROS in antivirale afweermechanismen aangetoond via Rig-achtig helicase-1 en mitochondriaal antiviraal signaaleiwit. Verhoogde niveaus van ROS versterken de signalering via deze mitochondria-geassocieerde antivirale receptor om interferon-regulerende factor (IRF)-3, IRF-7 en nucleaire factor kappa B (NF-KB) te activeren, wat resulteert in een antivirale toestand. [33] Recent is aangetoond dat epitheelcellen van de luchtwegen mitrochondriale ROS induceren als reactie op influenza-infectie. Deze inductie van ROS leidde tot de inductie van type III interferon en de inductie van een antivirale toestand, waardoor de virale replicatie werd beperkt. [34] Bij de verdediging van de gastheer tegen mycobacteriën spelen ROS een rol, hoewel directe doding waarschijnlijk niet het belangrijkste mechanisme is, heeft ROS waarschijnlijk invloed op ROS-afhankelijke signaalcontroles, zoals cytokineproductie, autofagie en granuloomvorming. [35] [36]

Reactieve zuurstofsoorten zijn ook betrokken bij activering, anergie en apoptose van T-cellen. [37]

Oxidatieve schade Bewerken

In aërobe organismen wordt de energie die nodig is om biologische functies van brandstof te voorzien, geproduceerd in de mitochondriën via de elektronentransportketen. Reactieve zuurstofsoorten (ROS) die mogelijk cellulaire schade kunnen veroorzaken, worden geproduceerd samen met het vrijkomen van energie. ROS kan lipiden, DNA, RNA en eiwitten beschadigen, wat in theorie bijdraagt ​​aan de fysiologie van veroudering.

ROS worden geproduceerd als een normaal product van het cellulaire metabolisme. Een belangrijke oorzaak van oxidatieve schade is waterstofperoxide (H2O2), dat wordt omgezet van superoxide dat uit de mitochondriën lekt. Catalase en superoxide-dismutase verbeteren de schadelijke effecten van respectievelijk waterstofperoxide en superoxide door deze verbindingen om te zetten in zuurstof en waterstofperoxide (dat later wordt omgezet in water), wat resulteert in de productie van goedaardige moleculen.Deze omzetting is echter niet 100% efficiënt en achtergebleven peroxiden blijven in de cel achter. Hoewel ROS worden geproduceerd als een product van normaal cellulair functioneren, kunnen overmatige hoeveelheden schadelijke effecten veroorzaken. [38]

Aantasting van de cognitieve functie Bewerken

Het geheugenvermogen neemt af met de leeftijd, wat duidelijk is bij degeneratieve ziekten bij de mens, zoals de ziekte van Alzheimer, die gepaard gaat met een opeenhoping van oxidatieve schade. Huidige studies tonen aan dat de accumulatie van ROS de fitheid van een organisme kan verminderen, omdat oxidatieve schade bijdraagt ​​aan veroudering. Vooral de accumulatie van oxidatieve schade kan leiden tot cognitieve disfunctie, zoals aangetoond in een onderzoek waarin oude ratten mitochondriale metabolieten kregen en vervolgens cognitieve tests kregen. De resultaten toonden aan dat de ratten beter presteerden na ontvangst van de metabolieten, wat suggereert dat de metabolieten oxidatieve schade verminderden en de mitochondriale functie verbeterden. [39] Accumulerende oxidatieve schade kan dan de efficiëntie van mitochondriën beïnvloeden en de snelheid van ROS-productie verder verhogen. [40] De accumulatie van oxidatieve schade en de gevolgen ervan voor veroudering hangt af van het specifieke weefseltype waar de schade zich voordoet. Aanvullende experimentele resultaten suggereren dat oxidatieve schade verantwoordelijk is voor leeftijdsgerelateerde achteruitgang in het functioneren van de hersenen. Oudere gerbils bleken hogere niveaus van geoxideerd eiwit te hebben in vergelijking met jongere gerbils. Behandeling van oude en jonge muizen met een spinvangmiddel veroorzaakte een afname van het gehalte aan geoxideerde eiwitten bij oudere gerbils, maar had geen effect op jongere gerbils. Bovendien voerden oudere gerbils cognitieve taken beter uit tijdens de behandeling, maar stopten hun functionele capaciteit wanneer de behandeling werd stopgezet, waardoor de geoxideerde eiwitniveaus toenam. Dit leidde ertoe dat onderzoekers concludeerden dat oxidatie van cellulaire eiwitten mogelijk belangrijk is voor de hersenfunctie. [41]

Volgens de theorie van vrije radicalen van veroudering, is oxidatieve schade veroorzaakt door reactieve zuurstofsoorten een belangrijke oorzaak van de functionele achteruitgang die kenmerkend is voor veroudering. Terwijl studies in ongewervelde modellen aangeven dat dieren die genetisch gemanipuleerd zijn om specifieke antioxidant enzymen (zoals SOD) te missen, in het algemeen een kortere levensduur hebben (zoals men zou verwachten van de theorie), heeft de omgekeerde manipulatie, het verhogen van de niveaus van antioxidant enzymen, inconsistente effecten op de levensduur opleverden (hoewel sommige onderzoeken in Drosophila laten zien dat de levensduur kan worden verlengd door de overexpressie van MnSOD of glutathion biosynthetiserende enzymen). Ook in tegenstelling tot deze theorie kan deletie van mitochondriale SOD2 de levensduur verlengen in Caenorhabditis elegans. [42]

Bij muizen is het verhaal enigszins vergelijkbaar. Het verwijderen van antioxidant-enzymen levert in het algemeen een kortere levensduur op, hoewel onderzoeken naar overexpressie (met enkele recente uitzonderingen) de levensduur niet consequent hebben verlengd. [43] Studie van een rattenmodel van vroegtijdige veroudering vond verhoogde oxidatieve stress, verminderde antioxidant-enzymactiviteit en aanzienlijk grotere DNA-schade in de hersenneocortex en hippocampus van de te vroeg verouderde ratten dan bij normaal ouder wordende controleratten. [44] De DNA-schade 8-OHdG is een product van ROS-interactie met DNA. Talrijke studies hebben aangetoond dat 8-OHdG toeneemt in verschillende zoogdierorganen met de leeftijd [45] (zie DNA-schadetheorie van veroudering).

Blootstelling van spermatozoa aan oxidatieve stress is een belangrijke veroorzaker van mannelijke onvruchtbaarheid. [46] Sperma-DNA-fragmentatie, veroorzaakt door oxidatieve stress, lijkt een belangrijke factor te zijn in de etiologie van mannelijke onvruchtbaarheid. [47] Een hoog niveau van de oxidatieve DNA-schade 8-OHdG wordt geassocieerd met abnormale spermatozoa en mannelijke onvruchtbaarheid. [48]

ROS worden constant gegenereerd en geëlimineerd in het biologische systeem en zijn nodig om regulerende routes aan te sturen. [49] Onder normale fysiologische omstandigheden controleren cellen de ROS-niveaus door het genereren van ROS in evenwicht te brengen met hun eliminatie door opruimingssystemen. Maar onder omstandigheden van oxidatieve stress kan overmatige ROS cellulaire eiwitten, lipiden en DNA beschadigen, wat leidt tot fatale laesies in de cel die bijdragen aan carcinogenese.

Kankercellen vertonen meer ROS-stress dan normale cellen, deels als gevolg van oncogene stimulatie, verhoogde metabole activiteit en mitochondriale storing. ROS is een tweesnijdend zwaard. Aan de ene kant vergemakkelijkt ROS op lage niveaus de overleving van kankercellen, aangezien celcyclusprogressie aangedreven door groeifactoren en receptortyrosinekinasen (RTK) ROS vereisen voor activering [50] en chronische ontsteking, een belangrijke bemiddelaar van kanker, wordt gereguleerd door ROS . Aan de andere kant kan een hoog niveau van ROS tumorgroei onderdrukken door de aanhoudende activering van celcyclusremmer [51] [52] en inductie van celdood en veroudering door macromoleculen te beschadigen. In feite doden de meeste chemotherapeutische en radiotherapeutische middelen kankercellen door ROS-stress te vergroten. [53] [54] Het vermogen van kankercellen om onderscheid te maken tussen ROS als overlevings- of apoptotisch signaal wordt gecontroleerd door de dosering, duur, type en plaats van ROS-productie. Bescheiden niveaus van ROS zijn nodig om kankercellen te laten overleven, terwijl te hoge niveaus ze doden.

Metabole aanpassing in tumoren brengt de behoefte aan energie van de cellen in evenwicht met de even belangrijke behoefte aan macromoleculaire bouwstenen en een strakkere controle van de redoxbalans. Dientengevolge wordt de productie van NADPH aanzienlijk verbeterd, dat functioneert als een cofactor om het verminderende vermogen te leveren in veel enzymatische reacties voor macromoleculaire biosynthese en tegelijkertijd de cellen te redden van overmatige ROS die wordt geproduceerd tijdens snelle proliferatie. Cellen compenseren de schadelijke effecten van ROS door antioxidantmoleculen te produceren, zoals gereduceerd glutathion (GSH) en thioredoxine (TRX), die afhankelijk zijn van het reducerende vermogen van NADPH om hun activiteiten te behouden. [55]

De meeste risicofactoren die verband houden met kanker interageren met cellen door het genereren van ROS. ROS activeert vervolgens verschillende transcriptiefactoren zoals nucleaire factor kappa-light-chain-enhancer van geactiveerde B-cellen (NF-KB), activator protein-1 (AP-1), hypoxie-induceerbare factor-1α en signaaltransducer en activator van transcriptie 3 (STAT3), wat leidt tot expressie van eiwitten die ontstekingen regelen cellulaire transformatie tumorceloverleving tumorcelproliferatie en invasie, agiogenese en metastase. En ROS controleren ook de expressie van verschillende tumorsuppressorgenen zoals p53, retinoblastoma-gen (Rb) en fosfatase- en tensine-homoloog (PTEN). [56]

Carcinogenese Bewerken

ROS-gerelateerde oxidatie van DNA is een van de belangrijkste oorzaken van mutaties, die verschillende soorten DNA-schade kunnen veroorzaken, waaronder niet-volumineuze (8-oxoguanine en formamidopyrimidine) en omvangrijke (cyclopurine- en etheno-adducten) basemodificaties, abasische plaatsen, niet- -conventionele enkelstrengige breuken, eiwit-DNA-adducten en intra/interstrengige DNA-crosslinks. [57] Er is geschat dat endogene ROS geproduceerd via normaal celmetabolisme ongeveer 20.000 basen DNA per dag in een enkele cel wijzigen. 8-oxoguanine is de meest voorkomende van de verschillende waargenomen geoxideerde stikstofbasen. Tijdens DNA-replicatie koppelt DNA-polymerase 8-oxoguanine met adenine verkeerd, wat leidt tot een G → T-transversiemutatie. De resulterende genomische instabiliteit draagt ​​direct bij aan carcinogenese. Cellulaire transformatie leidt tot kanker en interactie van atypische PKC-ζ-isovorm met p47phox regelt ROS-productie en transformatie van apoptotische kankerstamcellen via blebbishield-noodprogramma. [58] [59]

Celproliferatie Bewerken

Ongecontroleerde proliferatie is een kenmerk van kankercellen. Van zowel exogene als endogene ROS is aangetoond dat ze de proliferatie van kankercellen verbeteren. De rol van ROS bij het bevorderen van tumorproliferatie wordt verder ondersteund door de waarneming dat middelen met het potentieel om ROS-generatie te remmen ook de proliferatie van kankercellen kunnen remmen. [56] Hoewel ROS de proliferatie van tumorcellen kan bevorderen, is een grote toename van ROS in verband gebracht met verminderde proliferatie van kankercellen door inductie van G2/M-celcyclusstilstand verhoogde fosforylering van gemuteerde ataxia telangiectasie (ATM), checkpoint kinase 1 (Chk 1) , Chk 2 en verminderde celdelingscyclus 25 homoloog c (CDC25). [60]

Celdood Bewerken

Een kankercel kan op drie manieren afsterven: apoptose, necrose en autofagie. Overmatige ROS kan apoptose induceren via zowel de extrinsieke als intrinsieke routes. [61] In de extrinsieke route van apoptose worden ROS gegenereerd door Fas-ligand als een stroomopwaartse gebeurtenis voor Fas-activering via fosforylering, wat nodig is voor daaropvolgende rekrutering van Fas-geassocieerd eiwit met doodsdomein en caspase 8 evenals apoptose-inductie. [56] In de intrinsieke route functioneert ROS om de afgifte van cytochroom c te vergemakkelijken door poriestabiliserende eiwitten (Bcl-2 en Bcl-xL) te activeren en porie-destabiliserende eiwitten te remmen (Bcl-2-geassocieerd X-eiwit, Bcl-2 homologe antagonist/killer). [62] De intrinsieke route is ook bekend als de caspase-cascade en wordt geïnduceerd door mitochondriale schade die de afgifte van cytochroom c veroorzaakt. DNA-schade, oxidatieve stress en verlies van mitochondriaal membraanpotentieel leiden tot de afgifte van de hierboven genoemde pro-apoptotische eiwitten die apoptose stimuleren. [63] Mitochondriale schade is nauw verbonden met apoptose en aangezien mitochondriën gemakkelijk kunnen worden gericht, is er potentieel voor kankertherapie. [64]

De cytotoxische aard van ROS is een drijvende kracht achter apoptose, maar in nog grotere hoeveelheden kan ROS leiden tot zowel apoptose als necrose, een vorm van ongecontroleerde celdood, in kankercellen. [65]

Talrijke studies hebben de paden en associaties tussen ROS-niveaus en apoptose aangetoond, maar een nieuwere onderzoekslijn heeft ROS-niveaus en autofagie met elkaar verbonden. [66] ROS kan ook celdood induceren door autofagie, wat een zelfkatabolisch proces is waarbij de cytoplasmatische inhoud (uitgeputte of beschadigde organellen en eiwitaggregaten) wordt opgeslagen voor afbraak in lysosomen. [67] Daarom kan autofagie ook de gezondheid van de cel reguleren in tijden van oxidatieve stress. Autofagie kan worden geïnduceerd door ROS-niveaus via veel verschillende routes in de cel in een poging schadelijke organellen te verwijderen en schade, zoals kankerverwekkende stoffen, te voorkomen zonder apoptose te induceren. [68] Autofagische celdood kan worden veroorzaakt door de overmatige expressie van autofagie, waarbij de cel te veel van zichzelf verteert in een poging de schade te minimaliseren en niet langer kan overleven. Wanneer dit type celdood optreedt, wordt vaak een toename of verlies van controle over autofagie-regulerende genen waargenomen. [69] Dus, zodra een meer diepgaand begrip van autofagische celdood is bereikt en de relatie ervan met ROS, kan deze vorm van geprogrammeerde celdood dienen als een toekomstige kankertherapie. Autofagie en apoptose zijn twee verschillende celdoodmechanismen die worden veroorzaakt door hoge niveaus van ROS in de cellen, maar autofagie en apoptose werken zelden via strikt onafhankelijke routes. Er is een duidelijk verband tussen ROS en autofagie en er is een correlatie waargenomen tussen overmatige hoeveelheden ROS die leiden tot apoptose. [68] De depolarisatie van het mitochondriale membraan is ook kenmerkend voor de initiatie van autofagie. Wanneer mitochondriën beschadigd zijn en ROS beginnen af ​​te geven, wordt autofagie gestart om het schadelijke organel te verwijderen. Als een medicijn mitochondriën target en ROS creëert, kan autofagie zoveel mitochondriën en andere beschadigde organellen verwijderen dat de cel niet langer levensvatbaar is. De uitgebreide hoeveelheid ROS en mitochondriale schade kan ook een signaal zijn voor apoptose. De balans van autofagie in de cel en de overspraak tussen autofagie en apoptose gemedieerd door ROS is cruciaal voor de overleving van een cel. Deze overspraak en verbinding tussen autofagie en apoptose zou een mechanisme kunnen zijn waarop kankertherapieën gericht zijn of die worden gebruikt in combinatietherapieën voor zeer resistente kankers.

Tumorcelinvasie, angiogenese en metastase

Na groeifactorstimulatie van RTK's, kan ROS de activering van signaalroutes activeren die betrokken zijn bij celmigratie en -invasie, zoals leden van de mitogeen-geactiveerde proteïnekinase (MAPK) -familie - extracellulair gereguleerd kinase (ERK), c-jun NH-2-terminale kinase ( JNK) en p38 MAPK. ROS kan ook migratie bevorderen door de fosforylering van het focale adhesiekinase (FAK) p130Cas en paxilin te vergroten. [70]

Zowel in vitro als in vivo is aangetoond dat ROS transcriptiefactoren induceert en signaalmoleculen moduleert die betrokken zijn bij angiogenese (MMP, VEGF) en metastase (upregulatie van AP-1, CXCR4, AKT en downregulatie van PTEN). [56]

Chronische ontsteking en kanker

Experimenteel en epidemiologisch onderzoek van de afgelopen jaren heeft nauwe associaties aangetoond tussen ROS, chronische ontstekingen en kanker. [56] ROS induceert chronische ontsteking door de inductie van COX-2, inflammatoire cytokines (TNFα, interleukine 1 (IL-1), IL-6), chemokines (IL-8, CXCR4) en pro-inflammatoire transcriptiefactoren (NF- B). [56] Deze chemokinen en chemokinereceptoren bevorderen op hun beurt invasie en metastase van verschillende tumortypes.

Kankertherapie Bewerken

Zowel ROS-verhogende als ROS-eliminerende strategieën zijn ontwikkeld, waarbij de eerste overwegend wordt gebruikt. Kankercellen met verhoogde ROS-niveaus zijn sterk afhankelijk van het antioxidant-afweersysteem. ROS-verhogende geneesmiddelen verhogen het cellulaire ROS-stressniveau verder, hetzij door directe ROS-generatie (bijv. motexafin gadolinium, elesclomol) of door middelen die het inherente antioxidantsysteem opheffen, zoals SOD-remmer (bijv. ATN-224, 2-methoxyestradiol) en GSH-remmer (bijv. PEITC, buthioninesulfoximine (BSO)). Het resultaat is een algehele toename van endogene ROS, die, wanneer boven een cellulaire tolerantiedrempel, celdood kan veroorzaken. [71] Aan de andere kant lijken normale cellen, onder lagere basale stress en reserve, een groter vermogen te hebben om met extra ROS-genererende beledigingen om te gaan dan kankercellen. [72] Daarom kan de verhoging van ROS in alle cellen worden gebruikt om kankercellen selectief te doden.

Radiotherapie is ook afhankelijk van ROS-toxiciteit om tumorcellen uit te roeien. Radiotherapie maakt gebruik van röntgenstralen, γ-stralen en straling van zware deeltjes zoals protonen en neutronen om ROS-gemedieerde celdood en mitotisch falen te induceren. [56]

Vanwege de dubbele rol van ROS zijn zowel pro-oxidante als op antioxidanten gebaseerde antikankermiddelen ontwikkeld. Modulatie van ROS-signalering alleen lijkt echter geen ideale benadering te zijn vanwege de aanpassing van kankercellen aan ROS-stress, overtollige routes voor het ondersteunen van kankergroei en toxiciteit van ROS-genererende geneesmiddelen tegen kanker. Combinaties van ROS-genererende geneesmiddelen met geneesmiddelen die de redox-aanpassing kunnen doorbreken, kunnen een betere strategie zijn om de cytotoxiciteit van kankercellen te verbeteren. [56]

James Watson [73] en anderen [74] hebben voorgesteld dat een gebrek aan intracellulaire ROS als gevolg van een gebrek aan lichaamsbeweging kan bijdragen aan de kwaadaardige progressie van kanker, omdat pieken van ROS nodig zijn om eiwitten correct te vouwen in het endoplasmatisch reticulum en lage ROS niveaus kunnen dus aspecifiek de vorming van tumorsuppressor-eiwitten belemmeren. [74] Aangezien lichaamsbeweging tijdelijke pieken van ROS veroorzaakt, kan dit verklaren waarom lichaamsbeweging gunstig is voor de prognose van kankerpatiënten. [75] Bovendien induceren hoge ROS-inductoren, zoals 2-deoxy-D-glucose en op koolhydraten gebaseerde inductoren van cellulaire stress, de dood van kankercellen krachtiger omdat ze gebruikmaken van de hoge lust van de kankercel voor suikers. [76]

Twee overzichten [79] [80] vatten de grote hoeveelheid bewijsmateriaal samen, grotendeels gerapporteerd tussen 1996 en 2011, voor de cruciale en essentiële rol van ROS in geheugenvorming. Een recent aanvullend bewijsmateriaal geeft aan dat zowel de vorming als de opslag van geheugen afhankelijk zijn van epigenetische modificaties in neuronen, waaronder veranderingen in neuronale DNA-methylatie. [81] [82] De twee informatiebronnen over geheugenvorming lijken in 2016 met elkaar verbonden te zijn door het werk van Zhou et al., [77] die aantoonden dat ROS een centrale rol spelen bij epigenetische DNA-demethylering.

In nucleair DNA van zoogdieren kan een methylgroep worden toegevoegd, door een DNA-methyltransferase, aan het 5e koolstofatoom van cytosine om 5mC te vormen (zie rode methylgroep toegevoegd om 5mC te vormen nabij de bovenkant van de eerste figuur). De DNA-methyltransferasen vormen meestal 5mC binnen de dinucleotidesequentie "cytosine-fosfaat-guanine" om 5mCpG te vormen. Deze toevoeging is een belangrijk type epigenetische verandering en kan genexpressie tot zwijgen brengen. Gemethyleerd cytosine kan ook worden gedemethyleerd, een epigenetische wijziging die de expressie van een gen kan verhogen. Een belangrijk enzym dat betrokken is bij het demethyleren van 5mCpG is TET1. TET1 kan echter alleen inwerken op 5mCpG als een ROS eerst op de guanine heeft ingewerkt om 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHdG) te vormen, wat resulteert in een 5mCp-8-OHdG-dinucleotide (zie eerste afbeelding). [77] TET1 kan echter alleen inwerken op het 5mC-deel van het dinucleotide wanneer het base-excisieherstel-enzym OGG1 bindt aan de 8-OHdG-laesie zonder onmiddellijke excisie. Hechting van OGG1 aan de 5mCp-8-OHdG-site rekruteert TET1 en TET1 oxideert vervolgens de 5mC naast 8-OHdG, zoals weergegeven in de eerste afbeelding, waardoor een demethyleringsroute wordt gestart die wordt weergegeven in de tweede afbeelding.

In 2016 Halder et al. [83] met behulp van muizen, en in 2017 Duke et al. [84] met behulp van ratten, onderwierpen de knaagdieren aan contextuele angstconditionering, waardoor een bijzonder sterk langetermijngeheugen ontstond. 24 uur na de conditionering, in de hippocampus van ratten, was de expressie van 1048 genen naar beneden gereguleerd (meestal geassocieerd met hypergemethyleerde genpromotors) en de expressie van 564 genen was naar boven gereguleerd (vaak geassocieerd met hypogemethyleerde genpromotors). 24 uur na de training was 9,2% van de genen in het rattengenoom van hippocampus-neuronen differentieel gemethyleerd. Hoewel de hippocampus essentieel is voor het leren van nieuwe informatie, slaat hij zelf geen informatie op. In de muisexperimenten van Halder werden 1206 differentieel gemethyleerde genen gezien in de hippocampus een uur na contextuele angstconditionering, maar deze waren omgekeerd en werden na vier weken niet meer gezien. In tegenstelling tot de afwezigheid van langdurige methylatieveranderingen in de hippocampus, kon tijdens geheugenonderhoud aanzienlijke differentiële methylatie worden gedetecteerd in corticale neuronen. Er waren 1.223 differentieel gemethyleerde genen in de anterieure cingulate cortex van muizen vier weken na contextuele angstconditionering.

De duizenden CpG-sites die tijdens geheugenvorming worden gedemethyleerd, zijn in een eerste stap afhankelijk van ROS. De veranderde eiwitexpressie in neuronen, gedeeltelijk gecontroleerd door ROS-afhankelijke demethylering van CpG-plaatsen in genpromoters in neuron-DNA, staat centraal in geheugenvorming. [85]


Beoordeling

1 Institute of Genomics and Integrative Biology, Council for Scientific and Industrial Research, New Delhi, India, 2 National Skin Centre en 3 Lee Kong Chian School of Medicine, Nanyang Technological University, Singapore, Singapore

Abnormaal hoge productie van melanine of melanogenese in huidmelanocyten resulteert in hyperpigmentatiestoornissen, zoals melasma, seniele lentigines of sproeten. Deze hyperpigmentaire huidaandoeningen kunnen het uiterlijk van een persoon aanzienlijk beïnvloeden en kunnen emotionele en psychologische problemen en een verminderde kwaliteit van leven veroorzaken. Er is een groot aantal melanogenese-remmers ontwikkeld, maar de meeste hebben ongewenste bijwerkingen. Verder onderzoek is nodig om de mechanismen van hyperpigmentaire huidaandoeningen beter te begrijpen en om krachtige en veilige remmers van melanogenese te ontwikkelen. Deze review vat het huidige begrip samen van de regulerende routes van melanogenese, de mogelijke betrokkenheid van het immuunsysteem, verschillende geneesmiddelen die momenteel worden gebruikt en opkomende behandelingsstrategieën om melanogenese te onderdrukken.

Sleutelwoorden: huidpigmentatie melasma melanine tyrosinase.

Geaccepteerd 3 jul. 2018 Epub vóór print 4 jul. 2018

Acta Derm Venereol 2018 XX: XX&ndashXX.

Corr: Navin Kumar Verma, Lee Kong Chian School of Medicine, Dermatology and Skin Biology, Nanyang Technological University Singapore, 59 Nanyang Drive, Experimental Medicine Building, Singapore 636921. E-mail: [email protected] Hemant K. Gautam, Institute of Genomica en integratieve biologie, Raad voor Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek (CSIR-IGIB), Sukhdev Vihar, Mathura Road, New Delhi 110 025, India. E-mail: [email protected]

Hyperpigmentatiestoornissen van de huid, waaronder melasma, zonne-lentigines en sproeten, zijn veel voorkomende dermatologische problemen. Deze aandoeningen worden veroorzaakt door overmatige ophoping van melanine in de huid via een proces dat melanogenese wordt genoemd. Hoewel er een breed scala aan therapeutische modaliteiten beschikbaar is om hyperpigmentatie van de huid te beheersen, is er een voortdurende zoektocht naar het ontwikkelen van krachtigere en veiligere remmers van melanogenese. Hier geven we een overzicht van het huidige begrip van melanogenese-routes en bekijken we verschillende remmers die momenteel worden toegepast of onderzocht om melanogenese te targeten.

Melanogenese is een meerstaps fysiologisch proces dat resulteert in de synthese van een complex donker gepigmenteerd biopolymeer genaamd &ldquomelanine&rdquo. Melanine wordt gesynthetiseerd door melanosoom, een aan lysosoom gerelateerd organel in melanocyten, en helpt de huid te beschermen tegen de schadelijke effecten van zonlicht, giftige medicijnen en chemicaliën (1, 2).

Er zijn 2 soorten melanine, eumelanine en pheomelanine. Bij de melanogenese-route zijn 3 hoofdenzymen betrokken: tyrosinase, tyrosinase-gerelateerd eiwit 1 (Tyrp1, ook bekend als gp75-glycoproteïne of gp75) en tyrosinase-gerelateerd eiwit 2 (Tyrp2, ook bekend als dopachrome tautomerase of Dct). Het melanogeneseproces wordt geïnitieerd door de hydroxylering van fenylalanine in L-tyrosine of direct door L-tyrosine, dat vervolgens wordt gehydroxyleerd tot L-dihydroxyfenylalanine (L-DOPA). L-DOPA wordt verder geoxideerd tot L-DOPAquinon (DQ). Beide reacties worden gekatalyseerd door tyrosinase, dat daarom een ​​belangrijk snelheidsbeperkend enzym is bij melanogenese.

De stroomafwaartse route van melanogenese omvat intramoleculaire toevoeging van een aminogroep aan DQ, waardoor DOPAchrome wordt gegenereerd. Na de vorming van DQ wordt de stroomafwaartse melanogenese-route in 2 delen verdeeld, wat leidt tot de synthese van "zwartbruine eumelanine" en "geelgele pheomelanine". In de eumelaogenese-route wordt het DOPAchroom ofwel spontaan omgezet in 5,6-dihydroxyindol of enzymatisch omgezet in 5,6-dihydroxyindol-2-carbonzuur door Tyrp2. Ten slotte resulteert polymerisatie van indool en chinonen in de vorming van eumelanine. De synthese van feomelanine is afhankelijk van de aanwezigheid van cysteïne, dat reageert met DQ om cysteïnyl-DOPA te vormen, en verder wordt omgezet in chinoline en vervolgens polymeriseert tot pheomelanine (figuur 1). Hoewel melanine een sleutelrol speelt bij de bescherming van de huid tegen schadelijke ultraviolette (UV) straling, kan een abnormaal hoge productie en accumulatie van melanine in de huid leiden tot hyperpigmentatiestoornissen.

Fig. 1. Een schematische gegeneraliseerde signaaltransductiecascade van melanogenese bij mensen.

Hoewel hyperpigmentatie van de huid gewoonlijk onschadelijk is, vormt een verhoogde pigmentatie, vooral op het gezicht, zoals melasma, zonne-lentigines en sproeten, een aanzienlijke cosmetische overlast en kan het de getroffen persoon leed veroorzaken. Melasma presenteert zich met donkere vlekken symmetrisch verdeeld over het gezicht en de hals en hypergepigmenteerde macules over de huid (Figuur 2EEN). Sproeten zijn plat, licht gebruind, voornamelijk aanwezig op het gezicht, hoewel andere aan de zon blootgestelde delen van de huid een hoog risico lopen (Fig. 2B). Lentigines worden gekenmerkt door de aanwezigheid van een kleine bruine vlek, een goedaardige laesie die meestal voorkomt op aan de zon blootgestelde gebieden (Fig. 2C). Lentigines en sproeten verschillen in het aantal melanocyten. Bij sproeten blijft het aantal melanocyten hetzelfde, maar er is een verhoogde hoeveelheid melanine, terwijl lentigines het gevolg zijn van een verhoogd aantal melanocyten.

Fig. 2. Voorbeelden van huidaandoeningen bij de mens veroorzaakt door hyperpigmentatie. (A) Melasma, (B) sproeten en (C) seniele lentigines. Voor het publiceren van deze foto's wordt schriftelijke toestemming gegeven.

Momenteel worden hyperpigmentatiestoornissen behandeld met een breed scala aan lokale hypopigmenterende of huidverlichtende middelen, chemische peelings, lasertherapie, cryotherapie en oppervlakkige dermabrasie. Combinatietherapie is de voorkeursbehandelingsmethode voor de behandeling van deze aandoeningen, die synergisme mogelijk maakt en de kans op ongewenste effecten vermindert. De meest populaire drievoudige combinatie, die hydrochinon, tretinoïne en fluocinolonacetonide bevat, wordt bijvoorbeeld beschouwd als een van de gouden standaardbehandelingen voor melasma. Er is ook gevonden dat deze drievoudige combinatie de resolutie van zonne-lentigines verbetert en de melaninespiegels en het aantal lentigines aanzienlijk verlaagt (3). Deze behandelingsmodaliteiten elimineren huidlaesies echter niet volledig. Er is dus een toenemende behoefte om alternatieve, meer specifieke en effectieve behandelingsopties te ontwikkelen.

De zoektocht naar een effectieve remmer van melanogenese heeft geleid tot de ontdekking van honderden natuurlijke en synthetische verbindingen met potentiële anti-melanogene activiteiten (4). Een beter begrip van de regulerende routes voor melanogenese kan helpen bij het bepalen van meer specifieke doelwitten voor bestaande of nieuwe geneesmiddelen, die kunnen worden gebruikt om deze routes te reguleren en hyperpigmentatiestoornissen onder controle te houden.

Melanogenese wordt gereguleerd door een reeks meerstaps signaaltransductiecascades geassocieerd met de enzymen tyrosinase, Tyrp1 en Tyrp2 (Fig. 1), zoals hieronder beschreven.

Door UV-straling geïnduceerd tumorsuppressor-eiwit p53 reguleert kritisch de expressie en activiteit van tyrosinase en Tyrp1 (5). De promotor van proopiomelanocortine (POMC) bevat de p53-consensussequentie, waar p53 bindt en de expressie van dit gen reguleert. Door UV-blootstelling geïnduceerde activering van p53 resulteert in verhoogde expressie van POMC, dat vervolgens wordt gesplitst in kleine peptiden, zoals ACTH, &alpha-, &beta- en &gamma-MSH. Het van POMC afgeleide &alpha-MSH stimuleert de melanocortine-1-receptor (MC1R) op melanocyten, wat resulteert in een verhoogde productie van eumelanine. Bovendien verhoogt UV-straling de productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) in keratinocyten en melanocyten, en bij hoge concentraties veroorzaakt ROS DNA-schade, waardoor p53 verder wordt geactiveerd en dus melanogenese wordt geactiveerd (6).

Microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor (MITF) is een transcriptiefactor die een basisstructuur van helix-loop-helix-leucine zipper (bHLH-LZ) bevat en fungeert als een hoofdregulator van de ontwikkeling, overleving en de functies van melanocyten (7). Het reguleert de belangrijkste melanogene enzymen tyrosinase, Tyrp1 en Tyrp2. Er zijn meerdere signaalroutes geïdentificeerd die als volgt betrokken zijn bij MITF-regulering:

cAMP-afhankelijke signaalroute. Zodra de MC1R-receptor op melanocyten wordt gestimuleerd door &alpha-MSH, activeert het de productie van cAMP via de activering van adenylylcyclase. cAMP activeert verder het eiwitkinase A (PKA), dat het cAMP-responselement-bindend eiwit (CREB) fosforyleert, wat leidt tot de opwaartse regulatie van MITF. MITF reguleert de transcriptie van cruciale pigmentgenen die coderen voor melanogenese-gerelateerde eiwitten (MRP's) door interactie met de M- en E-boxen die aanwezig zijn in promotorregio's van tyrosinase, Tyrp1 en Tyrp2.

Wnt- of &bèta-catenine-route. Wnts zijn cysteïnerijke glycoproteïnen en spelen een cruciale rol bij de ontwikkeling van melanocyten. Het bindt aan de G-proteïne-gekoppelde receptor &ldquoFrizzled&rdquo en inactiveert het glycogeensynthasekinase-3&beta (GSK-3&beta), waardoor de accumulatie van &bèta-catenine in het cytosol wordt veroorzaakt. &beta-catenine verplaatst zich naar de kern, waar het de expressie van MITF verhoogt.

De remming van door mitogeen geactiveerd proteïnekinase (MAPK)-kinase remt MITF-turnover in aanwezigheid van cycloheximide (8), waardoor extracellulair signaal-gereguleerd kinase (ERK)/MAPK-signalering bij MITF-degradatie wordt betrokken. In deze route activeren ligand-receptor-interacties het Ras-eiwit, dat B-Raf-kinase en bijgevolg ERK1/2 verder activeert. MAPK fosforyleert MITF-eiwit, wat leidt tot de alomtegenwoordigheid en afbraak van MITF, wat resulteert in verminderde expressie van de melanogenese-gerelateerde genen.

NO/cGMP-signaleringsroute. De betrokkenheid van stikstofmonoxide (NO)/cGMP-route bij UV-B-gemedieerde melanogenese werd voor het eerst ontdekt in de inktklier van Sepia officinalis. De prikkelende neurotransmitter L-glutamaat interageert met N-methyl-D-aspartaat (NMDA)-receptoren en stimuleert stikstofoxidesynthetase (NOS) om NO te produceren. NO activeert verder zijn stroomafwaartse doel-guanylaatcyclase om cGMP te verhogen, dat het cGMP-afhankelijke proteïnekinase activeert (ook wel Protein Kinase G of PKG genoemd). PKG, evenals cGMP, fosforyleren en activeren CREB, dat de expressie van MITF verder regelt. MITF reguleert na activering de expressie van melanogene genen opwaarts, wat resulteert in een verhoogde melanineproductie.

De cutane respons op UV-B, gemedieerd door de MC1R, beïnvloedt de expressie van de mitochondria-geassocieerde genen (9). In het bijzonder reguleert MC1R-antagonist agouti de expressie van genen die verantwoordelijk zijn voor het mitochondriale redoxvermogen in melanocyten (10). Bovendien is het mitochondriale eiwit prohibitine een cellulair doelwit van verbindingen die de pigmentatie in wildtype en albino-melanocyten opreguleren (11). De mitochondriale disfunctie wordt geassocieerd met verworven of erfelijke pigmentziekten, zoals vitiligo en albinisme (12). Mitochondriën interageren fysiek met melanosoom via fibrillaire bruggen die worden gemoduleerd door Mfn2, een mitochondriaal membraaneiwit dat betrokken is bij mitochondriale fusie, onderhoud en de werking van het mitochondriale netwerk (13). Bovendien onderdrukt mitochondriale splitsing &alpha-MSH-geïnduceerde hyperpigmentatie en mitochondriale fusie verbetert de melanineproductie. Melanogenese-onderdrukking door mitochondriale splijting vindt plaats via activering van de ERK-route (14), wat resulteert in fosforylering en daaropvolgende afbraak van MITF (Afb. 3). Het exacte mechanisme waarmee de mitochondriale fusie de melanogenese verbetert, is echter niet duidelijk.

Fig. 3. Het mechanisme waarmee mitochondriale dynamiek melanogenese reguleert. Mitochondriale splijting veroorzaakt een verhoogde productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS), wat resulteert in activering van een ROS-ERK-signaleringsroute, die verder de fosforylering van microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor (MITF) induceert. De fosforylering van MITF veroorzaakt de ubiquitinatie en proteasomale afbraak, die vervolgens de melanogenese neerwaarts reguleert. Daarentegen reguleert mitochondriale fusie de melanogenese via een onbekend mechanisme. DRP1, FIS1 en MTP18 zijn splijtingseiwitten, terwijl OPA1, MFN1 en MFN2 fusie-eiwitten zijn.

Er is steeds meer bewijs dat melanocyten actieve factoren zijn in het immuunsysteem van de huid, een essentiële rol spelen bij immuunresponsen en immunomodulerende eigenschappen hebben (15, 16). Aan de andere kant reguleren immuunmediatoren, zoals cytokinen, direct of indirect de proliferatie, differentiatie van melanocyten en melanogenese (Fig. 1). IL-4 remt bijvoorbeeld melanogenese en reguleert de expressie van met melanogenese geassocieerde genen naar beneden door activering van JAK2-STAT6-routes (17). IL-6 onderdrukt melanogenese door de expressie van tyrosinase en MITF-transcript te verminderen (18). TNF-&alpha remt melanogenese voornamelijk via nucleaire factor kappa B (NF-&kappaB) en vermindert de halfwaardetijd van tyrosinase (19). Interferon-gamma (IFN-&gamma) is betrokken bij de pathogenese van vitiligo, waarvan bekend is dat het apoptose induceert in melanocyten (20). Het remt de melanogenese door de expressie van melanogene enzymen te veranderen en de binding van CREB aan de MITF-promotor via STAT1 te remmen. Bovendien handhaaft IFN-&gamma de homeostase van huidpigmentatie en medieert het hypopigmentatie via IRF1, wat de rijping van melanosoom in melanocyten verder regelt (20).

Toll-like receptoren (TLR's), die pathogeen-geassocieerd moleculair patroon (PAMP) herkennen dat aanwezig is in microben, reguleren de melanogenese negatief (21). Menselijke melanocyten brengen constitutief mRNA en eiwit tot expressie voor TLR2, 3, 4, 5, 7, 9 en 10, en deze TLR's spelen een essentiële rol bij de modulatie van melanogenese (21). Het exacte mechanisme waarmee TLR's de melanogenese regelen, is echter niet duidelijk begrepen. Een recente studie toont aan dat TLR9 melanogenese reguleert via de activering van NF-&kappaB (22).

Aangezien tyrosinase het sleutelenzym is in de melanogenese-route, waren de meeste eerdere onderzoeken gericht op het remmen van de activiteit van dit enzym om de melanogenese te beheersen. Tyrosinase is een koperhoudend, membraangebonden glycoproteïne dat zich in het melanosoommembraan bevindt. Het heeft een inwendig melanosomaal domein dat het katalytische gebied, een kort transmembraandomein en een cytoplasmatisch domein bevat. De meeste hypopigmenterende middelen werken direct of indirect op tyrosinase en remmen de activiteit ervan via competitieve, niet-competitieve of niet-competitieve mechanismen (23).

Tyrosinaseremmers verkregen uit planten. Verschillende moleculen, zoals fenolen, terpenen, steroïden, chalconen, flavonoïden, alkaloïden, vetzuren met lange ketens en coumarines zijn afgeleid van planten (23). Deze natuurlijke moleculen zijn in staat het melanogeneseproces te vertragen door de enzymactiviteit omkeerbaar of onomkeerbaar te remmen. Er is een groot aantal van planten afgeleide melanogeneseremmers, waaronder hydrochinon, arbutine en aloësine, die momenteel worden gebruikt als middelen om de huid te verlichten (Tabel I). Hydrochinon wordt al meer dan 40 jaar veel gebruikt als huidbleekmiddel, maar deze verbinding veroorzaakt huidirritatie, veroorzaakt mutaties in zoogdiercellen en is cytotoxisch voor zoogdiercellen (24). Na hydrochinon is retinoïde het tweede meest gebruikte farmacologische middel. Retinoïde werd aanvankelijk gebruikt in combinatie met hydrochinon om het effect te versterken (25), maar later werd ontdekt dat retinoïde zijn eigen effect heeft op pigmentatie. In het bijzonder zijn retinoïden, zoals adapaleen en tretinoïne, met succes gebruikt in lentigines (26, 27). Zowel tretinoïne als vitamine A-zuur remmen de activiteit van tyrosinase en interfereren met de pigmentoverdracht naar keratinocyten (28, 29). De andere veelgebruikte verbinding is arbutine, een derivaat van hydrochinon en wordt aangetroffen in bosbessen, veenbessen, tarwe en peren. Arbutine veroorzaakt een omkeerbare remming van de tyrosinase-activiteit (30) met minder bijwerkingen in vergelijking met hydrochinon. Aloësine (2-acetonyl-8-beta-D-glucopyranosyl-7-hydroxy-5-methylchromone) is een andere natuurlijke verbinding, verkregen uit aloë vera (Aloë barbadensis molenaar), die competitief tyrosinase remt (31). Deze verbinding is relatief veilig (31) waardoor het een veelbelovend actief ingrediënt is als huidbleekmiddel voor cosmetische toepassingen.

Tabel I. Melanogenese-remmers

Tyrosinaseremmers verkregen uit micro-organismen. Van verschillende micro-organismen, waaronder bacteriën en schimmels, is bekend dat ze anti-melanogene verbindingen produceren. Momenteel zijn veel van dergelijke moleculen ontdekt en getest op hun anti-melanogene activiteit. Kojiczuur (5-hydroxy-2-hydroxy-methyl-4H-pyran-4-on) is een natuurlijk voorkomende metaboliet die wordt verkregen uit Acetobacter, Aspergillus en Penicillium (32). Het is hydrofiel van aard en werkt als een chelaatvormer voor Cu2+ in de actieve plaats van tyrosinase. Bovendien onderdrukt het de tautomerisatie van dopachroom tot 5,6-dihydroxyindol-2-carbonzuur (32). Azelaïnezuur (1,7-heptaandicarbonzuur) is een reversibele competitieve remmer van tyrosinase, die wordt geproduceerd door Pityrosporum ovale. Het azelaïnezuur in combinatie met een antioxidantverbinding, taurine, remt tyrosinase door activering van de ERK-route (33).

Synthetische tyrosinaseremmer. Naast de natuurlijke bronnen worden tyrosinaseremmers ook chemisch gesynthetiseerd of gemodificeerd door veel farmacologische industrieën. Chemische modificaties, zoals vervanging van de functionele groepen, maken deze moleculen efficiënter en krachtiger dan hun moederverbinding (23).

Resveratrolderivaten. Resveratrol is een polyfenolische verbinding die de expressie van tyrosinase, Tyrp1, Tyrp2 en MITF vermindert, en dus hyperpigmentatie vermindert. Er zijn nieuwe synthetische analogen van resveratrol ontwikkeld door de CH-groep te vervangen door een stikstofatoom, dat een versterkt tyrosinaseremmend effect heeft (34).

Kaneelzuurderivaten. Kaneelzuur is een matige remmer van het tyrosinase-enzym (IC50 2,1 mM). Derivaten van kaneelzuur hebben een verhoogd remmend effect tegen tyrosinase laten zien met een lagere IC50 waarden (35). Deze verhoogde potentie van kaneelzuurderivaten is te wijten aan de versnelde hydrofobe interacties tussen de hydrofobe zijketens van de liganden en de lange lipofiele nauwe kloof die zich dichtbij de actieve plaats van de enzymen bevindt (35).

Polyfenolderivaten. De polyfenolderivaten vertegenwoordigen een grote en diverse groep van een verbinding die een of meer fenolen bevat. Verandering in de aanwezigheid en positie van extra substituenten op de ruggengraatstructuur resulteert in een verandering in activiteit van deze verbindingen. Zo resulteerden benzylbonzoaten, verkregen door de positie van een hydroxylgroep op 1 van de 2 aromatische ringen te veranderen, in een verhoogd remmend effect op het tyrosinase.

Kojiczuur (KA) derivaten. KA remt de tyrosinase-activiteit door metaalionen, zoals Cu 2+, te chelateren, die nodig zijn voor het functioneren van het enzym. De biologische activiteit van KA is te danken aan zijn &gamma-pyranonstructuur. KA-derivaten, ontwikkeld door toevoeging van peptide en C-terminale amidegroep, hebben een superieure opslagstabiliteit laten zien in vergelijking met KA (36). Deze verhoogde activiteit van KA-derivaat is te wijten aan hydrofobe interacties tussen de zijketen van KA-AA-NH2 en tyrosinase actieve plaats (36).

Methanolderivaten. Meer recentelijk heeft een groep onderzoekers 17 (2-gesubstitueerde fenyl-1,3-dithiolan-4-yl) methanolderivaten ontworpen en gesynthetiseerd (37). Van deze verbindingen is gevonden dat ze de tyrosinase-activiteit zelfs meer remmen dan KA of arbutine. Methanolderivaten binden aan de actieve plaats van het tyrosinase en remmen competitief de activiteit ervan (37). Bovendien is gevonden dat tranexaminezuur melanogenese onderdrukt en hyperpigmentatie remt via de remming van tyrosinase, maar de werkzaamheid van een dergelijke modaliteit moet nog worden vastgesteld (38).

Post-translationele modificatie van MITF-eiwit vermindert de expressie ervan. Post-translationele modificatie van MITF, zoals sumoylatie, ubiquitinatie en fosforylering, spelen een belangrijke rol bij de regulatie van de stabiliteit en de functie van dit eiwit. Van sumoylering van MITF op specifieke aminozuren, zoals K182 en K316, is aangetoond dat het de synergetische transcriptionele activiteit van MITF op de Tyrp2- en melastatine/TRPM-promoter vermindert (39, 40).

Ubiquitinatie heeft verschillende effecten op de activiteit en stabiliteit van eiwitten. Het kan de afbraak van het eiwit via de proteasomale route veroorzaken, de cellulaire locatie van het eiwit veranderen, hun activiteit veranderen en eiwitinteracties bevorderen/voorkomen. Ubiquitinatie van MITF op K201 veroorzaakt de afbraak ervan via het proteasoomcomplex en mutatie van dit aminozuurresidu of remming van het proteasomale complex resulteert in stabilisatie en accumulatie van het MITF-eiwit (7). Bovendien resulteert fosforylering van MITF op Ser73 via MAPK-signalering in de afbraak van MITF en fosforylering op Ser409 via c-kit-signalering veroorzaakt kortstondige activering en vervolgens de vernietiging van MITF (41). Fosforylering op Ser298 door GSK-3&beta verbetert echter de functie van MITF (42).

MITF-modulator die werkt via de signaalroute. De expressie van MITF wordt gereguleerd via meerdere signaalroutes en er is een groot aantal remmers die deze routes moduleren. AP736, een nieuw adamantylbenzylbenzamidederivaat, remt bijvoorbeeld de MITF-transcripten door de cAMP-PKA-CREB-route te blokkeren (43, 44). Het p21-geactiveerde kinase 4 (PAK4) reguleert CREB en een remming van PAK4 reguleert het CREB-eiwit neerwaarts, dat achtereenvolgens de MITF- en tyrosinaseniveaus in melanocyten verlaagt (45). Evenzo werken veel remmers op de Wnt / & beta-catenine-route om melanogenese te onderdrukken. De pyridinyl-imidazolverbinding veroorzaakt bijvoorbeeld een significante verlaging van de transcriptiefactor lymfoïde versterker-bindende factor 1 (Lef1). Lef1, samen met T-celfactor (Tcf), reguleert genexpressie door Wnt-signalering. Behandeling met imidazol veroorzaakt de verlaging van Tcf/Lef-niveaus en richt zich op genen die betrokken zijn bij Wnt-signalering, zoals Axin2, Lef1, MITF en Tyrp2 (46). Cardamonine, een chalcon uit Alpinia katsumadai, remt melanogenese door GSK-3&beta-onafhankelijke afbraak van intracellulair &bèta-catenine te induceren (47). Het acetylsalicylzuur (ASA) fosforyleert MITF via de ERK-route en veroorzaakt zo proteasomale afbraak door verbeterde ubiquitinatie (48). Shogaol, een actief ingrediënt van gember, werkt op dezelfde manier, door de ERK te activeren die leidt tot de onderdrukking van MITF-expressie (49). Behandeling met galluszuur van melanocyten activeert de ERK/MAPK- en PI3K/Akt-routes en remt de Wnt/&beta-catenine-route (50). Een rol van COX-2 bij de regulatie van MITF en tyrosinase is ook gemeld (51).

De interfererende RNA (RNAi)-gemedieerde remming van MITF vermindert melanogenese. RNA-interferentiemechanisme is een van de beste strategieën om de expressie van elk gen van belang tot zwijgen te brengen en wordt op grote schaal onderzocht voor therapeutische toepassingen. Transfectie van melanoomcellen met siRNA tegen MITF resulteerde bijvoorbeeld in een significante verlaging van de tyrosinase-, Tyrp1- en MC1R-niveaus, en het melaninegehalte bleek significant te zijn verlaagd tot

50% vergeleken met controles (52). Er zijn echter uitdagingen verbonden aan siRNA-therapieën, waaronder de stabiliteit en efficiënte levering van siRNA-moleculen in melanocyten, die de klinische vertaling van een dergelijke effectieve aanpak beperken. Regulering van MITF-expressie door microRNA's, waaronder miR-137, miR-148 en miR-182, is ook in veel onderzoeken gerapporteerd (53 & ndash56). Een recente studie suggereert het potentieel van het benutten van de celpermeabele GapmeR RNAi-techniek (57) om specifiek de melanogeneseroute in melanocyten te targeten.

Melanocyten brengen een H+/K+-ATPase tot expressie op het cytoplasmatische membraan en melanosoom bevat een vacuolair H+-ATPase. Protonpompremmers (PPI's) remmen de maagzuursecretie door de maag H + / K + ATPase te blokkeren, en deze actie veroorzaakt of verergert vitiligo door een verhoogde vernietiging van melanocyten door apoptose te induceren bij patiënten met vitiligo (58). Van omeprazol, een PPI die wordt gebruikt voor de behandeling van gastro-oesofageale refluxziekte, is aangetoond dat het de melanogenese remt door ATP7A te blokkeren, wat een kopertransporterend P-type ATPase is dat koper aan tyrosinase levert binnen de secretoire route (59). Andere PPI's, zoals rabeprazol, lansoprazol, pantoprazol en esomeprazol, bleken ook de melanogenese te remmen via hun koperchelerende activiteiten zonder cytotoxiciteit te induceren (60).

Suikers zijn de alomtegenwoordige natuurlijke verbinding in mensen en andere organismen. De rol van suiker en suikergerelateerde middelen bij het verminderen van het melanogeneseproces is al vrij lang bekend (61, 62). Deze middelen werken via twee verschillende mechanismen op het melanogeneseproces. Ten eerste creëren natuurlijke suikers een hoog osmotisch potentieel, wat de biogenese van intracellulaire lading en lysosomale en endocytische compartimenten beïnvloedt. De juiste rijping van melanosoom is afhankelijk van organelvorming en transport van melanogenese-gerelateerde eiwitten. Daarom beïnvloedt osmotische stress veroorzaakt door de natuurlijke suikers het proces van melanogenese en de gevolgen resulteren in hypopigmentatie.

Ten tweede remmen suikerderivaten de rijping van tyrosinase. Het tyrosinase-enzym vereist N-glycosylatie op 7 verschillende plaatsen voor zijn goede werking en lokalisatie, wat een meerstapsproces is dat voornamelijk plaatsvindt in 2 cellulaire compartimenten: (l) endoplasmatisch reticulum, waar N-acetylglucosaminyl koolhydraten aan tyrosinase bindt en (ii) Golgi-apparaat, waar &alpha-glucosidasen en &alpha-mannosidasen de koolhydraatgroepen losmaken. Als de activiteit van deze enzymen wordt aangetast, ondergaat tyrosinase proteolytische afbraak, wat resulteert in hypopigmentatie. Er worden verschillende pogingen ondernomen om glycosyleringsremmers te gebruiken om het proces van melanogenese te reguleren (62). In het bijzonder bleken twee specifieke remmers, deoxynojirimycine (&alfa-glucosidaseremmer) en deoxymannojirimycine (&alfa-mannosidaseremmer), effectief te zijn bij het verminderen van de melanineproductie (62). Deze glycosyleringsremmers hebben echter ongewenste cytotoxische effecten.

De regulatie van melanogenese is zeer complex en een aantal cellulaire factoren zijn bij dit proces betrokken. In de afgelopen jaren zijn er opmerkelijke vorderingen gemaakt in het begrip van de biologie van melanocyten. Dit onderzoeksgebied heeft geleid tot de ontdekking van een divers en complex regulerend mechanisme van melanogenese. Er is een groot aantal melanogeneseremmers ontwikkeld en hun mechanismen zijn geïdentificeerd, maar de grootste zorg bij deze remmers is hun gebrek aan doelspecificiteit, toxiciteit en hoge frequenties van bijwerkingen. Een beter begrip van het regulerende mechanisme van melanogenese zal onderzoekers helpen een nieuw doelwit te ontwikkelen om dit proces te moduleren. Lopend onderzoek op het gebied van structurele karakterisering van melanogenese-pathway-mediatoren, in silico analyse en opkomende nanotechnologische benaderingen in combinatie met gen-uitschakelingstechnieken zouden moleculair gerichte remmers opleveren voor de volgende generatie therapieën bij hyperpigmentatie van de huid.

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies van Lee Kong Chian School of Medicine, Nanyang Technological University, Singapore Start-Up Grant aan NKV en CSIR, TOUCH Grant, BSC0302 aan HKG.

  1. Jablonski NH, Chaplin G. Menselijke huidpigmentatie als aanpassing aan UV-straling. Proc Natl Acad Sci VS 2014 107: 8962-8968.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  2. Lin JY, Fisher DE. Melanocytbiologie en huidpigmentatie. Natuur 2007 445: 843-850.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  3. Hexsel D, Hexsel C, Porto MD, Siega C. Drievoudige combinatie als adjuvans bij cryotherapie bij de behandeling van zonne-lentigines: door de onderzoeker geblindeerde, gerandomiseerde klinische studie. J Eur Acad Dermatol Venereol 2015 29: 128-133.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  4. Pillaiyar T, Manickam M, Jung SH. Downregulatie van melanogenese: ontdekking van geneesmiddelen en therapeutische opties. Drug Discov Vandaag 2017 22: 282-298.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  5. Khlgatian, MK Hadshiew IM, Asawanonda P, Yaar M, Eller MS, Fujita M, et al. Tyrosinase-genexpressie wordt gereguleerd door p53. J Invest Dermatol 2002 118: 126-132.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  6. Costin GE, Hoorzitting VJ. Pigmentatie van de menselijke huid: melanocyten moduleren de huidskleur als reactie op stress. FASEB J 2007 21: 976-994.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  7. Vance KW, Goding CR. Het transcriptienetwerk dat de ontwikkeling van melanocyten en melanoom reguleert. Pigment Cell Res 2004 17: 318-325.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  8. Xu W, Gong L, Haddad MM, Bischof O, Campisi J, Yeh ET, Medrano EE. Regulatie van microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor MITF-eiwitniveaus door associatie met het ubiquitine-conjugerende enzym hUBC9. Exp Cell Res 2000 255: 135–143.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  9. April CS, Barsh GS. Verschillende pigment- en melanocortine 1-receptorafhankelijke componenten van de huidafweer tegen ultraviolette straling. PLoS Genetica 2007 3: e9.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  10. Le Pape L, Passeron T, Giubellino A, Valencia JC, Wolber R, Hearing VJ. Microarray-analyse werpt licht op de dedifferentiërende rol van agouti-signaaleiwit in melanocyten van muis via de Mc1r. Proc Natl Acad Sci VS 2009 106: 1802-1807.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  11. Snyder JR, Hal A, Ni-Komatsu L, Khersonsky SM, Chang YT, Orlow SJ. Dissectie van melanogenese met kleine moleculen identificeert prohibitine als regulator. Chem Biol 2005 12: 477-484.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  12. Dell'Anna ML, Picardo M. Een overzicht en een nieuwe hypothese voor niet-immunologische pathogenetische mechanismen bij vitiligo. Pigment Cell Res 2006 19: 406-411.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  13. Daniele T, Hurbain I, Vago R, Casari G, Raposo G, Tacchetti C, Schiaffino MV. Mitochondriën en melanosomen brengen fysieke contacten tot stand die worden gemoduleerd door Mfn2 en die betrokken zijn bij de biogenese van organellen. Curr Biol 2014 24: 393-403.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  14. Kim ES, Park SJ, Goh MJ, Na YJ, Jo DS, Jo YK, et al. Mitochondriale dynamiek reguleert melanogenese door proteasomale afbraak van MITF via ROS-ERK-activering. Pigment Cell Melanoma Res 2014 27: 1051-1062.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  15. Hong Y, Song B, Chen HD, Gao X-H. Melanocyten en huidimmuniteit. J Invest Dermatol Symptomen 2015 17: 37-39.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  16. Rosengren E, Bucala R, Aman P, Jacobsson L, Odh G, Metz CN, Rorsman H. De immunoregulatory mediator macrofaagmigratieremmende factor (MIF) katalyseert een tautomerisatiereactie. Mol Med 1996 2: 143-149.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  17. Choi H, Choi H, Han J, Jin SH, Park JY, Shin DW, et al. IL-4 remt de melanogenese van normale menselijke melanocyten via de JAK2-STAT6-signaleringsroute. J Invest Dermatol 2013 133: 528-536.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  18. Choi H, Kim K, Han J, Choi H, Jin SH, Lee EK, et al. Door kojiczuur geïnduceerde IL-6-productie in menselijke keratinocyten speelt een rol bij de anti-melanogene activiteit ervan in de huid. J Dermatol Sci 2012 66: 207-215.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  19. Englaro W, Bahadoran P, Bertolotto C, Buscà R, Dérijard B, Livolsi A, et al. Tumornecrosefactor-alfa-gemedieerde remming van melanogenese is afhankelijk van activering van nucleaire factor kappa B. Oncogene 1999 18: 1553-1559.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  20. Natarajan VT, Ganju P, Singh A, Vijayan V, Kirty K, Yadav S, et al. IFN-? signalering handhaaft de homeostase van huidpigmentatie door regulatie van melanosoomrijping. Proc Natl Acad Sci USA 2014 111: 2301-2306.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  21. Jin SH, Kang HY. Activering van toll-like receptoren 1, 2, 4, 5 en 7 op menselijke melanocyten moduleren pigmentatie. Ann Dermatol 2010 22: 486-489.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  22. Sun L, Pan S, Yang Y, Sun J, Liang D, Wang X, et al. Toll-like receptor 9 reguleert melanogenese door NF-KB-activering. Exp Biol Med (Maywood) 2016 241: 1497-1504.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  23. Loizzo MR, Tundis R, Menichini F. Natuurlijke en synthetische tyrosinaseremmers als antibruiningsmiddelen: een update. Compr Rev Food Sci Food Saf 2012 11: 378-398.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  24. Tse TW. Hydrochinon voor huidverlichting: veiligheidsprofiel, gebruiksduur en wanneer moeten we stoppen? J Dermatolog Treat 2010 21: 272-275.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  25. Bandyopadhyay D. Topische behandeling van melasma. Indiase J Dermatol 2009 54: 303-309.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  26. Kang S, Goldfarb MT, Weiss JS, Metz RD, Hamilton TA, Voorhees JJ, et al. Beoordeling van adapaleengel voor de behandeling van actinische keratosen en lentigines: een gerandomiseerde studie. J Am Acad Dermatol 2000 49: 83-90.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  27. Draelos ZD. De combinatie van 2% 4-hydroxyanisol (mequinol) en 0,01% tretinoïne verbetert effectief het uiterlijk van zonne-lentigines in etnische groepen. J Cosmet Dermatol 2006 5: 239-244.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  28. Shin JW, Park KC. Huidig ​​klinisch gebruik van depigmenterende middelen. Dermatologica Sinica 2014 32: 205-210.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  29. Sarkar R, Arora P. Cosmeceuticals voor hyperpigmentatie: wat is er beschikbaar? J Cutan Aesthet Surg 2013 6: 4-11.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  30. Maeda K, Fukuda M. Arbutin: mechanisme van zijn depigmenterende werking in menselijke melanocytencultuur. J Pharmacol Exp Ther 1996 276: 765-769.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  31. Jones K, Hughes J, Hong M, Jia Q, Orndorff S. Modulatie van melanogenese door aloesine: een competitieve remmer van tyrosinase. Pigment Cell Res 2002 15: 335-340.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  32. Cabanes J, Chazarra S, Garcia-Carmona F. Kojiczuur, een cosmetisch huidbleekmiddel, is een langzame bindingsremmer van de catecholase-activiteit van tyrosinase. J Pharm Pharmacol 1994 46: 982-985.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  33. Yu JS, Kim AK. Effect van combinatie van taurine en azelaïnezuur op antitimelanogenese in muriene melanoomcellen. J Biomed Sci 2010 17: S45.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  34. Satoka H, ​​Kubo I. Resveratrol als een Kcat-remmer voor tyrosinase: gepotentieerde melanogenese-remmer. Bioorg Med Chem 2012 20: 1090-1099.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  35. Fan Q, Jiang H, Yuan ED, Zhang JX, Ning ZX, Qi SJ, et al. Tyrosinase-remmende effecten en antioxidatieve activiteiten van nieuwe cinnamoyl-amiden met aminozuurester-eenheid. Voedsel Chem 2005 134: 1081-1087.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  36. Noh JM, Kwak SY, Seo HS, Seo JH, Kim BG, Lee YS. Kojiczuur-aminozuurconjugaten als tyrosinaseremmers. Bioorg Med Chem Lett 2009 19: 5586-5589.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  37. Kim DH, Kim SJ, Ullah S, Yun HY, Chun P, Moon HR. Ontwerp, synthese en antimelanogene effecten van (2-gesubstitueerde fenyl-1,3-dithiolan-4-yl)methanolderivaten. Drug Des Devel Ther 2017 11: 827-836.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  38. Taraz M, Niknam S, Ehsani AH. Tranexaminezuur bij de behandeling van melasma: een uitgebreid overzicht van klinische onderzoeken. Dermatol Ther 2017 30: e12465.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  39. Murakami H, Arnheiter H. Sumoylation moduleert transcriptionele activiteit van MITF op een promotor-specifieke manier. Pigment Cell Res 2005 18: 265-277.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  40. Miller AJ, Levy C, Davis IJ, Razin E, Fisher DE. Sumoylering van MITF en de verwante familieleden TFE3 en TFEB. J Biol Chem 2005 280: 146-155.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  41. Wu M, Hemesath TJ, Takemoto CM, Horstmann MA, Wells AG, Price ER, et al. c-Kit veroorzaakt dubbele fosforylaties, die activering en afbraak van de essentiële melanocytfactor Mi koppelen. Genen Dev 2000 14: 301-312.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  42. Takeda K, Takemoto C, Kobayashi I, Watanabe A, Nobukuni Y, Fisher DE, et al. Ser298 van MITF, een mutatieplaats in het Waardenburg-syndroom typ2, is een fosforyleringsplaats met functionele betekenis. Hum Mol Genet 2000 9: 25-32.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  43. Lee CS, Jang WH, Park M, Jung K, Baek HS, Joo YH, et al. Een nieuw adamantylbenzylbenzamidederivaat, AP736, onderdrukt melanogenese door de remming van cAMP-PKA-CREB-geactiveerde microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor en tyrosinase-expressie. Exp Dermatol 2013 22: 762-764.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  44. Shin HJ, Oh CT, Kwon TR, Beak HS, Joo YH, Kim JH et al. Een nieuw adamantylbenzylbenzamidederivaat, AP736, remt melanogenese in B16F10-muizenmelanoomcellen via glycogeensynthasekinase 3? fosforylering. Int J Mol Med 2015 36: 1353–1360.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  45. Yun CY, You ST, Kim JH, Chung JH, Han SB, Shin EY et al. p21-geactiveerd kinase 4 reguleert kritisch de melanogenese via activering van de CREB/MITF- en ?-catenine/MITF-routes. J Invest Dermatol 2015 135: 1385-1394.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  46. Bellei B, Pitisci A, Izzo E, Picardo M. Remming van melanogenese door de pyridinyimidazol-klasse van verbindingen: mogelijke betrokkenheid van de Wnt / ?-catenine-signaleringsroute. PLoS ONE 2012 7: e33021.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  47. Cho M, Ryu M, Jeong Y, Chung YH, Kim DE, Cho HS, et al. Cardamonine onderdrukt melanogenese door remming van Wnt/beta-catenine-signalering. Biochem Biophys Res Commun 2009 390: 500-505.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  48. Nishio T, Usami M, Awaji M, Shinohara S, Sato K. Dubbele effecten van acetylsalicylzuur op ERK-signalering en Mitf-transcriptie leiden tot remming van melanogenese. Mol Cell Biochem 2016 412: 101-110.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  49. Huang HC, Chang SJ, Wu CY, Ke HJ, Chang TM. Shogaol remt ?-MSH-geïnduceerde melanogenese door de versnelling van ERK en PI3K/Akt-gemedieerde MITF-degradatie.Biomed Onderzoek Int 2014 2014: 842569.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  50. Su TR, Lin JJ, Tsai CC, Huang TK, Yang ZY, Wu MO, et al. Remming van melanogenese door galluszuur: mogelijke betrokkenheid van de PI3K/Akt-, MEK/ERK- en Wnt/?-Catenine-signaleringsroutes in B16F10-cellen. Int J Mol Sci 2013 14: 20443-20458.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  51. Kim JY, Shin JY, Kim MR, Hann SK, Oh SH. siRNA-gemedieerde knock-down van COX-2 in melanocyten onderdrukt melanogenese. Verv. Dermatol 2012 21: 420-425.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  52. Yi X, Zhao G, Zhang H, Guan D, Meng R, Zhang Y, et al. MITF-siRNA-formulering is een veilige en effectieve therapie voor humaan melasma. Mol Ther 2011 19: 362-371.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  53. Bemis LT, Chen R, Amato CM, Classen EH, Robinson SE, Coffey DG, et al. MicroRNA-137 richt zich op microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor in melanoomcellijnen. Kankeronderzoek 2008 68: 1362-1368.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  54. Haflidadottir BS, Bergsteinsdottir K, Praetorius C, Steingrímsson E. miR-148 reguleert Mitf in melanoomcellen. PLoS ONE 2010 5: e11574.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  55. Segura MF, Hanniford D, Menendez S, Reavie L, Zou X, Alvarez-Diaz S, et al. Afwijkende miR-182-expressie bevordert melanoommetastase door FOXO3 en microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor te onderdrukken. Proc Natl Acad Sci VS 2009 106: 1814-1819.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  56. Bell RE, Levy C. De drie M's: melanoom, microftalmie-geassocieerde transcriptiefactor en microRNA. Pigment Cell Melanoma Res 2011 24: 1088-1106.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  57. Fazil MH, Ong ST, Chalasani ML, Low JH, Kizhakeyil A, Mamidi A, et al. GapmeR cellulaire internalisatie door macropinocytose induceert sequentiespecifieke genuitschakeling in menselijke primaire T-cellen. Sci Rep 2016 6: 37721.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  58. Shin JM, Lee JY, Lee DY, Yoon TY, Lee JC, Lim EH, et al. Protonpompremmers als mogelijke oorzaak van vitiligo: een in vivo en in vitro onderzoek. J Eur Acad Dermatol Venereol 2014 28: 1475-1479.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  59. Matsui MS, Petris MJ, Niki Y, Karaman-Jurukovska N, Muizzuddin N, Ichihashi M, et al. Omeprazol, een protonpompremmer in de maag, remt de melanogenese door ATP7A-smokkel te blokkeren. J Invest Dermatol 2015 135: 834-841.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  60. Baek SH, Lee SH. Protonpompremmers verminderen de melanogenese in melanocyten. Biomed Rep 2015 3: 726-730.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  61. Bin BH, Kim ST, Bhin J, Lee TR, Cho EG. De ontwikkeling van anti-melanogene middelen op basis van suiker. Int J Mol Sci 2016 17: 583.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  62. Bin BH, Bhin J, Yang SH, Choi DH, Park K, Shin DW, et al. Hyperosmotische stress vermindert de melanineproductie door de vorming van melanosoom te veranderen. PLoS ONE 2014 9:e105965.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  63. Gençer N, Demir D, Sonmez F, Kucukislamoglu M. Nieuwe sacharinederivaten als tyrosinaseremmers. Bioorg Med Chem 2012 20: 2811-2821.
    Bekijk artikelGoogle Scholar
  64. Sachs DL, Kang S, Hammerberg C, Helfrich Y, Karimipour D, Orringer J, et al. Topische fluorouracil voor actinische keratosen en fotoveroudering: een klinische en moleculaire analyse. Arch Dermatol 2009 145: 659-666.
    Bekijk artikelGoogle Scholar

Discussie

Explantaatbruining hangt nauw samen met het fenolgehalte in weefselkweek. Walnoot-explantaten ervaren stress onder de omgevingsomstandigheden die gepaard gaan met het gebruik van stekken en sterilisatie en wanneer water en zout in de media aanwezig zijn [35]. Planten hebben een reeks verdedigings- en beschermingssystemen opgezet met betrekking tot celmetabolisme, hormoonregulatie enzovoort [36, 37], en het fenolgehalte neemt toe om de impact van barre omgevingsomstandigheden te weerstaan, maar een hoge ophoping van fenolverbindingen leidt tot verhoogde productie van chinonen, resulterend in ernstige bruining. In deze studie werden explantaten van walnoten gekweekt in A- of V-media, en een groot aantal fenolische verbindingen verzamelde zich in het vroege stadium, die mogelijk veroorzaakt zijn door schade en stress tijdens het proces van verzameling en sterilisatie. De permeabiliteit en vloeibaarheid van de media zijn erg belangrijk om explantaatbruining te verminderen [4]. De permeabiliteit en vloeibaarheid van A zijn laag, en de schadelijke stoffen die door de explantaten worden uitgescheiden tijdens het latere stadium kunnen niet snel worden gedispergeerd en daarom hopen deze toxische effecten zich op in de explantaten en resulteren in ernstige bruining. V is een korrelige en adsorberende kationenwisselaar met een goede permeabiliteit en vloeibaarheid. De schadelijke stoffen die door explantaten worden geproduceerd, kunnen zich snel verspreiden in V, dus het sterftecijfer als gevolg van bruin worden is laag. Daarom kan initiële kweek in V het bruin worden van walnoot-explantaten effectief verminderen.

Planten kunnen zich aanpassen aan tegenspoed door middel van actieve en omkeerbare regulerende mechanismen [38]. Browning is een fenomeen dat wordt veroorzaakt door PPO [39] en POD [40], en de niveaus van PPO- en POD-synthese nemen toe tijdens afweerreacties van planten na mechanische schade en abiotische stress [41]. PPO oxideert fenolen om chinonen te vormen en polymeriseert verder chinonen om melanineverbindingen te vormen. Echter, in aanwezigheid van H2O2, POD oxideert ook fenolen en gevormde pigmenten [42]. H2O2 concentraties zijn zeer laag in normale plantenweefsels, en er is minder betrokkenheid van POD in vergelijking met PPO bij bruin worden [43]. De resultaten van de huidige studie toonden aan dat de POD-activiteit van de explantaten gekweekt in V significant groter was dan die in A na 72 uur, en het fenolgehalte in de explantaten gekweekt in V was ook significant lager dan die in A. Mechanische schade aan explantaten kunnen de afgifte van H . induceren2O2 in een vroeg stadium, vooral onder omstandigheden van wateroverlast bij A. PAL-activiteit bevordert de synthese van fenolen en verhoogt de wond-geïnduceerde toxiciteit [44]. Hoge niveaus van POD-enzymen degraderen snel PAL-activiteit veroorzaakt door H2O2 vrijgeven na mechanische schade [34]. De verminderde PAL-activiteit vertraagde de accumulatie van fenolen in explantaten gekweekt in V. De POD-activiteit was echter lager in het vroege stadium in explantaten gekweekt in A, wat leidde tot verhoogde fenolproductie. Onder de katalyse van zeer actief PPO vormden de fenolen een groot aantal chinonen, die autopolymeriseerden om bruingekleurde pigmenten te vormen. Daarom waren de explantaten gekweekt in A bruiner dan de explantaten gekweekt in V. POD-activiteit en het fenolgehalte in explantaten was groter en PPO-activiteit was lager in V na 144 uur, wat een minimale bruining van explantaten veroorzaakte. Daarom kan PPO, vergeleken met POD, de belangrijkste factor zijn die leidt tot bruin worden in explantaten van walnoten.

Plastid-gelokaliseerd PPO wordt fysiek gescheiden van zijn fenolische substraten in intacte plantencellen en wordt voornamelijk in de vacuole verdeeld. Celbeschadiging verstoort de membraanstructuur en PPO oxideert fenolen tot chinonen [45]. De resultaten van Wei en Ronald toonden aan dat bruin worden van Pinus virginiana Molen. remde callusgroei, knopdifferentiatie en beworteling en was gerelateerd aan de accumulatie van PPO [13]. De PPO-activiteit van calli geïnduceerd door knoppen in grove den (Pinus sylvestris L.) was significant groter dan die in onrijpe embryo's zonder bruin worden [46, 47], wat suggereert dat de hoge PPO-activiteit van calli geïnduceerd uit rijp weefsel leidde tot celdood [13] en dat de toename in PPO-activiteit in bruin wordend weefsel was een reactie op mechanische schade en abiotische stress in deze callusculturen [48]. Nadat de explantaten in de huidige studie waren gesneden en gesteriliseerd, werden ze in A- of V-media geplaatst, wat verdere stress veroorzaakte, en het daaropvolgende gehalte aan fenolische verbindingen en PPO-activiteit in de explantaten waren significant groter dan die op de dag van verzameling. Met name veroorzaakten de A-media een verhoogde accumulatie van fenolische verbindingen in de buurt van de wond en versnelden de bruiningsreacties, en de activiteit van PPO nam in de latere periode continu toe. De A-media hadden een slechte permeabiliteit en vloeibaarheid. In het beginstadium werden hoge niveaus van fenolische verbindingen geproduceerd en hoge expressie van JrPPO2 leidde tot een verhoogde JrPPO2-activiteit, wat resulteerde in de productie van een groot aantal chinonen. Het metabolisme in het plantenweefsel was verstoord en genexpressie werd gedownreguleerd of afgeschaft, wat ook de reden was voor het hoge bruiningsgerelateerde sterftecijfer van explantaten gekweekt in A-media. De accumulatie van fenolische verbindingen in het vroege stadium was relatief laag in de explantaten gekweekt in V, en JrPPO's expressie werd langzaam opgereguleerd, dus deze explantaten herstelden de schade gedurende deze tijd effectief. Hoewel het gehalte aan fenolverbindingen in de explantaten en de expressie van JrPPO in de latere fase nam toe, op dit moment hadden de explantaten zich geleidelijk aangepast aan de externe omgeving, dus het sterftecijfer bij bruin worden was laag.

Er zijn er twee PPO genen in appel die een uniek expressiepatroon vertonen en geassocieerd zijn met weefsels en ontwikkeling [48]. APO5 transcripten worden alleen gedetecteerd in het late stadium van bloemontwikkeling, terwijl MD-PPO2 transcripten werden gedetecteerd in alle stadia van bloemontwikkeling. In dit onderzoek, JrPPO2, die nauw verwant is aan APO5, kwam ook sterk tot uiting in bloemorgels. Bovendien resulteerde letsel in een significant verhoogde expressie van APO5 in de bladeren en vruchten, terwijl MD-PPO2 werd niet beïnvloed door mechanisch letsel [48]. De explantaten in dit experiment werden na het snijden in media geplaatst en gesteriliseerd, wat abiotische stress veroorzaakte, en JrPPO2 werd tot overexpressie gebracht, wat consistent is met het expressiepatroon voor APO5 in appel. Op basis van de evolutionaire boom zijn APO5 en JrPPO2 nauw verwant, wat aangeeft dat JrPPO2 geassocieerd kan zijn met weerstand tegen stress. Bovendien zijn de expressiepatronen van JrPPO1 en JrPPO2 waren tegengesteld, en de verandering in uitdrukking van JrPPO2 was vergelijkbaar met de verandering in PPO-activiteit. Er werd dus geconcludeerd dat JrPPO2 een sleutelrol speelt bij de oxidatie van fenolische verbindingen. Bovendien vertonen APO5 en JrPPO2 motieven die zijn waargenomen bij andere soorten, terwijl zowel MD-PPO2 als JrPPO1 motief 10 missen. Er wordt gespeculeerd dat motief 10 kan functioneren tijdens weefselbruining, maar de functie ervan moet verder worden bestudeerd.


Effect van propylisothiocyanaat op antioxidante enzymen van tuinkerszaailingen onder in vitro-omstandigheden.

In de cel produceert hydrolyse van glucosinolaat door myrosinase-enzym (thioglucosideglucohydrolase) een spectrum van producten waarvan de belangrijkste isothiocyanaat is. Recentelijk bevestigen de biochemische en genetische studies die zijn uitgevoerd op de Arabidospis-plant het bestaan ​​van een aminozuurprecursor in de glucosinolaatbiosyntheseroute. Glucosinolaat komt voor in alle cellen (vacuolen) in verschillende dichtheden en in de scheuten van alle leden van de Brassicaceae-familie. Glucosinolaten zijn organische anionen, waaronder D-thioglucose en sulfonatedoxime, die een belangrijke en unieke groep secundaire metabolieten vormen in zaden, wortels en de bladeren van planten. Wanneer glucosinolaten naast het myrosinase-enzym liggen (na mechanisch letsel of zweer), veroorzaken de enzymen de hydrolyse van glucosinolaatverbindingen in aanwezigheid van water. Hydrolyseproducten omvatten aglycon, glucose en sulfaat. Het aglycongedeelte is onstabiel en voor de vorming van isothiocyanaat, thiocyanaten, nitrilen, ocsasolydinties, worden epinitrillen herschikt op basis van reactieglucosinolaten. Isothiocyanaat heeft de functionele groep N=C=S. Aangezien isothiocyanaten reageren met aminogroepen en sulfhydrylpeptidase, is het waarschijnlijk dat ze de functie van peptiden beïnvloeden [34]. Het grootste deel van het natuurlijke isothiocyanaat in planten is afgeleid van chemische veranderingen veroorzaakt door glucosinolaat. Natuurlijk isothiocyanaat zoals allylisothiocyanaten worden gebruikt als smaak-, geur- en fungiciden [34]. Deze verbindingen hebben een breed scala aan milieuactiviteiten, waaronder antioxiderende, antibacteriële, antischimmel-, nematoden- en anti-insectenactiviteiten [34]. Isothiocyanaten zijn zeer reactief, dus ze veroorzaken oxidatieve reacties in planten en produceren actieve zuurstof [34]. In feite hebben deze verbindingen een dubbele rol in hoge dichtheden, ze hebben giftige effecten op cellen [12]. Maar in lagere dichtheden veroorzaken ze indirect celafweer. Vitamine C, vitamine E en carotenoïden zijn directe antioxidanten en neutraliseren vrije radicalen voordat ze de cellen kunnen beschadigen. Glucosinolaat en hun hydrolyseproducten worden beschouwd als indirecte antioxidanten, omdat ze vrije radicalen niet direct neutraliseren, maar werken door de activiteiten van xenobiotische metaboliserende enzymen te reguleren (fase 1- en fase 2-enzymen die vertraagde anti-oxidantactiviteiten starten). Fase 1-enzymen omvatten cytochroom P450 en de enzymen van fase 2 zijn glutathion S-transferase, aldehydereductase, S-methyltransferase, N-acetyltransferase). Gewoonlijk verstoren spanningen de cellulaire elektronenoverdracht in verschillende compartimenten en resulteren in de productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS). Een van de belangrijke weefselbeschadigingen die worden veroorzaakt door planten onder stress te plaatsen, is de toename van verschillende soorten reactieve zuurstof en het ontstaan ​​van oxidatieve stress. De meeste metabole processen produceren reactieve zuurstofsoorten. Plantencellen en hun organellen zoals chloroplast, mitochondriën en peroxisoom gebruiken een anti-oxidant afweersysteem om zichzelf te beschermen tegen giftige zuurstof [7]. Het lijkt erop dat het vermogen van hoge planten om radicalen van giftige zuurstof op te ruimen een belangrijke factor is om omgevingsstress te verdragen. Uitgevoerde experimenten onder in vitro omstandigheden tonen aan dat de meeste enzymen en secundaire verbindingen de planten beschermen tegen oxidatieve verwondingen. Studie van antioxidante enzymen en het bepalen van de hoeveelheid van hun activiteiten is een van de bepalende factoren bij het versterken van het antioxidantsysteem en als gevolg daarvan een afname of toename van de plantresistentie tegen omgevingsstress [7]. Ondanks het bestaan ​​van weinig rapporten over isothiocyanaat, is het fysiologische mechanisme van planten tegen deze verbindingen niet helemaal duidelijk [12,14]. In dit onderzoek werd dus het effect van propylisothiocyanaat op fysiologische reacties en de activiteiten van catalase, ascorbaatperoxidase en guaiacolperoxidase in tuinkerszaailingen bestudeerd. Isothiocyanaat behoort tot de verbindingen van de Brassicaceae-familie en heeft een sterke geur en smaak. Tuinkers is ook een eetbare plant en wordt wetenschappelijk genoemd (Lepidiumsativum L.) een eenjarige plant waarvan de kale en tandeloze bladeren door mensen worden geconsumeerd [28]. Planten gebruiken verschillende mechanismen om op de stress te reageren en gezien het feit dat het plantmechanisme niet duidelijk is in reactie op isothiocyanaat, wordt dit onderzoek uitgevoerd om de effectieve rol van isothiocyanaatverbindingen in afweerreacties te bestuderen door inductie van het antioxidantsysteem van de plant en het vinden van de meest geschikte dichtheid van deze verbindingen.

De rijpe en gesteriliseerde zaden van tuinkers (Lepidium sativum L.) werden gekweekt op MS-medium [15]. Alle kweken werden vervolgens gedurende 20 dagen in de kweekkamer bewaard met een licht/donker-fotoperiode van 16/8 uur bij 25 [+ of -] 2°C. Waterige emulsie van propylisothiocyanaat in concentraties: 0, 0,01, 0,1 en 1 mM werd bereid en aseptisch (laminair in een kast) met behulp van een steriele injectiespuit werd op zaailingen in containers behandeld. Met isothiocyanaat behandelde planten werden vervolgens gedurende 3 dagen in de kweekruimte gekweekt. Na 3 dagen werden de zaailingen ingevroren in vloeibare stikstof en ingevroren bij -80°C en gebruikt om fysiologische en biochemische parameters te meten.

Meting van chlorofyl en carotenoïden:

Meting van chlorofyl en carotenoïden werd bepaald volgens [15]. 0,05 g bevroren blad werd gehomogeniseerd in 10 ml aceton 80%. Deze oplossing bevat chlorofyl a, b en carotenoïden. De absorptie van elk monster werd afgelezen bij 646,8, 663,20 en 470 nm. De hoeveelheid chlorofylen en carotenoïden werd uitgedrukt als mg g-1 FW.

Meting van anthocyanine:

Meting van totaal anthocyanine werd bepaald volgens gemodificeerd [33]. methode met aangezuurde ethanol (Ethanol: HCl 99: 1 v/v). 0,05 g bevroren blad werd gehomogeniseerd in 2,5 ml aangezuurde ethanol en vervolgens 24 uur in het donker op 25°C gehouden. Het extract werd 10 min bij kamertemperatuur bij 4000 g gecentrifugeerd. De absorptie van elk supernatant werd afgelezen bij 550 nm. De extinctiecoëfficiënt 33.000 (mol-1 cm-1) werd gebruikt om de totale hoeveelheid anthocyanine te berekenen en werd uitgedrukt als [micro] mol g-1 FW.

Het prolinegehalte werd geschat met behulp van de ninhydrinereactie [4]. Een kleine portie (0,5 g) bladeren of wortels werd gehomogeniseerd met 10 ml 3% (w/v) sulfosalicylzuur en door Whatman-filterpapier nr. 2. Vervolgens werden ninhydrinereagens (2 ml) (Sigma) en ijsazijn (2 ml) toegevoegd aan 2 ml van het gefiltreerde extract. Het mengsel werd 1 uur bij 100°C geïncubeerd en de reactie werd beëindigd door het op ijs te plaatsen. Het reactiemengsel werd geëxtraheerd met 4 ml tolueen en de absorptie van chromofoor werd gemeten bij 520 nm, tegen tolueen als blanco, met behulp van een spectrofotometer (Shimadzu UV-160, Japan). Het prolinegehalte werd berekend met behulp van L-proline (Sigma) als een standaardcurve.

Het meten van de hoeveelheid reducerende koolhydraten:

Het verlagen van het koolhydraatgehalte werd gemeten door de methode van Somogyi-Nelson aan te passen [30]. Ongeveer 0,05 g verse bladeren en wortels werden geëxtraheerd met 10 ml gedestilleerd water. Het mengsel werd gekookt in een kokend waterbad, afgekoeld en gefiltreerd. Vervolgens werd 2 ml van het extract gemengd met 2 ml alkalisch kopertartraat en werd het reactiemengsel 20 min verwarmd (Alkalisch kopertartaat werd bereid door 4 g watervrij natriumcarbonaat, 0,75 g wijnsteenzuur en 0,45 g gehydrateerd kopersulfaat op te lossen in 80 ml gedestilleerd water en tenslotte aangevuld tot 100 ml). Twee ml fosfomolibdaatoplossing werd toegevoegd en de intensiteit van de blauwe kleur werd gemeten bij 600 nm met behulp van een spectrofotometer. Standaard werd D-glucose gebruikt. Het reducerende suikergehalte werd uitgedrukt als mg/g FW.

Enzymextractie en test:

Voor enzymextractie werd 0,1 g scheut gehomogeniseerd met behulp van een vijzel en stamper met 1 ml 100 mM natriumfosfaatbuffer (pH 7,8) die 0,1 mM EDTA en 1% polyvinylpyrrolidon (PVP) bevat. De gehele extractieprocedure werd op ijs uitgevoerd. De homogenaten werden vervolgens 30 minuten bij 14.000 rpm bij 4°C gecentrifugeerd en supernatanten werden gebruikt voor het meten van eiwit- en enzymactiviteit.

De activiteit van ascorbaatperoxidase (APX, EC 1.11.1.11) werd bepaald volgens de methode van Nakano en Asada [21]. De reactiebuffer voor APX-activiteit bevatte 50 mM natriumfosfaatbuffer (pH 7), 0,5 mM ascorbinezuur, 0,1 mM EDTA, 1,25 mM H202 en 0,05 ml enzymextract in een eindvolume van 1 ml. Ascorbaatoxidatie werd gemeten bij 290 nm gedurende 1 minuut met een extinctiecoëfficiënt van 2,8 mM-1 cm-1.

Catalase (CAT, EC 1.11.1.6) activiteitstest werd ook uitgevoerd volgens de methode van de methode van Aebi (1984) [1]. De afname in H2O2 werd gemeten bij 240 nm en de activiteit werd berekend als H2O2 pM verbruikt per minuut (extinctiecoëfficiënt 39,4 mM-1 cm-1).

Guaiacolperoxidase-enzymactiviteit werd bepaald volgens Lin en kao [16]. De reactiebuffer bevat 50 mM fosfaatbuffer (pH = 7), Guaiacol 9 mM en 19 mM waterstofperoxide. Absorptie bij een golflengte van 470 nm werd gemeten gedurende 1 minuut met een extinctiecoëfficiënt van 6,26 mM-1 cm-1.

Bepaling van het eiwitgehalte:

De hoeveelheid totaal oplosbaar eiwit van scheut werd gemeten volgens [5]. De absorptie-intensiteit van extracties werd bepaald in golflengte 595 nm en de resultaten werden gerapporteerd volgens mg/g FW.

Alle experimenten werden uitgevoerd in drie herhalingen en gemiddelde waarden [+ of -] standaarddeviatie werden gepresenteerd. Gegevens werden onderworpen aan ANOVA met behulp van het statistische pakket SPSS en de gemiddelde verschillen werden vergeleken met de Dunkan-test bij p < 0,05.

Chlorofyl a, b, totaal chlorofyl en carotenoïden:

De hoeveelheid chlorofyl a, b en totaal chlorofyl en carotenoïden nam significant af onder propylisothiocyanaatstress. Concentraties van 1 en 0,1 en 0,01 mM propylisothiocyanaat verlaagden chlorofyl a, respectievelijk 72, 55 en 51% vergeleken met controle (Figuur a1). Propylisothiocyanaat bij 1 mM verminderde chlorofyl b tot 40% in vergelijking met controles, en de concentratie van 0,1 en 0,01 verminderde respectievelijk 45 en 42 procent van chlorofyl b in vergelijking met controles (Fig. b1). De hoeveelheid totaal chlorofyl bij concentraties van 1, 0,1 en 0,01 mM propylisothiocyanaat dan controlezaailingen nam respectievelijk 62, 51 en 40% af (Figuur c 1). Behandeling met propylisothiocyanaat veroorzaakte een significante vermindering van de hoeveelheid carotenoïden (Fig. d 1).

Het anthocyaninegehalte van het blad nam toe onder propylisothiocyanaatstress in vergelijking met controle. Propylisothiocyanaat in concentraties van 1 en 0,1 mM heeft een verhoogd anthocyaninegehalte van blad 54,1 en 24,1 vergeleken met controle. Concentratie van 0,01 mM vertoonde geen significante verschillen.

De hoeveelheid reducerende koolhydraten:

Propylisothiocyanaat in concentraties van 1, 0,1 en 0,01 mM veroorzaakte een significante toename van suikers respectievelijk 4,4, 8,3 en 2,3 keer vergeleken met controle in de scheut. Suikers in de wortels bij concentraties van 1, 0,1 en 0,01 mM propylisothiocyanaat namen significant toe met respectievelijk 78,1, 77,1 en 46,1 procent vergeleken met controles. De hoogste hoeveelheid suiker in 1 mM en de laagste hoeveelheid suiker bij 0,01 mM propylisothiocyanaat werd waargenomen.

Proline-inhoud van wortel en scheut:

Proline van wortels nam toe in vergelijking met controle bij 1 mM propylisothiocyanaat. Ook nam Proline van scheut toe in vergelijking met controle. Significante verschillen tussen behandelingen in wortelproline bij 0,1 en 0,01 mM werden waargenomen. Propylisothiocyanaat in concentraties van 1 en 0,1 mM verhoogde bladproline respectievelijk 6,1,

3,1 procent in vergelijking met controle (Figuur 4).

Antioxidant enzymen activiteiten in scheuten:

De activiteit van alle enzymen nam toe onder propylisothiocyanaatstress. Aanzienlijke toename in katalase-activiteit bij concentraties van 0,1 en 0,01 mM isothiocyanaat in vergelijking met controles werd waargenomen. De laagste catalase-activiteit bij 1 mM en de hoogste catalase-activiteit bij 0,01 mM werd verkregen (Figuur a 5). Ascorbatperoxidase-activiteit bij een concentratie van respectievelijk 0,01, 0,1 en 1 mM propylisothiocyanaat, 6/5, 4/2 en 8/1 maal tegen de controles nam toe (Figuur b 5). Bij 0,01, 0,1 en 1 mM propylisothiocyanaat nam de activiteit van guaiacoleperoxidase in bladeren respectievelijk 2,6,4 en 3-voudig toe in vergelijking met de controlezaailingen. Bij een concentratie van 0,01 mM werd maximale enzymactiviteit waargenomen (Fig. c 5).

De hoeveelheid eiwit van scheut in alle behandelde zaailingen door propylisothiocyanaat dan de controlegroep nam af. Bij concentraties van 1, 0,1 en 0,01 mM, verminderde eiwitniveaus, respectievelijk 40, 20 en 10% in vergelijking met controle.

De bevindingen van dit onderzoek geven aan dat propylisothiocyanaatstress fysiologische reacties induceert en antioxidante enzymen activeert in tuinkerszaailingen. De hoeveelheid chlorofyl in planten wordt vaak geschat om de effecten van omgevingsspanningen te evalueren. Deze spanningen kunnen metabolische processen stoppen door enzymactiviteit te voorkomen. De vermindering van chlorofyl in planten onder stress is waarschijnlijk ofwel vanwege het beheersen van de activiteit van chlorofylsynthese-enzymen of de toename van de desintegratie van chlorofylpigment [24]. Propylisothiocyanaatbehandeling in concentraties van 1, 0,1, 0,01 mM verminderde het totale chlorofyl van de tuinkerszaailingen significant in vergelijking met controle [12]. Ook werd gemeld dat behandeling met propylisothiocyanaat chlorofylvermindering (ongeveer 50%) veroorzaakt in vijf weken oude zaailingen van arabiodopsis-scheuten [12]. Bovendien heeft propylisothiocyanaat in de huidige studie de hoeveelheid carotenoïden in blad verminderd in plaats van de controlezaailingen. De vrije radicalen die vrijkomen bij stress veroorzaken desintegratie van fotosynthese en niet-fotosynthese pigment waardoor de pigmenten afnemen [24]. Carotenoïden zorgen voor de bescherming van het fotosynthesesysteem tegen extra fotonen en oxidatieve stress zoals reactie op chlorofyl om de vorming van actieve zuurstofradicalen te voorkomen. In feite worden carotenoïden als een beschermend systeem tegen geïnduceerde oxidatieve stress gedesintegreerd en vernietigd. De fotochemische onderdrukking van geïnduceerde chlorofylen door carotenoïden resulteert in de verstoring van de carotenoïdenstructuur en uiteindelijk een vermindering van hun hoeveelheid [26]. Het is dus mogelijk dat de vermindering van de hoeveelheid carotenoïde onder behandeling met propylisothiocyanaat wordt veroorzaakt door de rol van deze pigmenten bij de bescherming van bladchlorofyl tegen oxidatieve stress veroorzaakt door isothiocyanaten.

In dit onderzoek is gevonden dat behandeling met propylisothiocyanaat de hoeveelheid anthocyanine in het blad van tuinkerszaailingen heeft verhoogd in vergelijking met de controlezaailingen. Flavonoïden zijn polyfone verbindingen en behoren tot de belangrijkste secundaire componenten van planten. Deze componenten zijn derivaten van fenylpropanoïde. Anthocyanine als een groep oplosbare flavonoïden wordt gesynthetiseerd in de route van flavonoïde biosynthese op het eindpunt [17]. Door oxidatieve stress in planten te creëren, worden de expressie van antioxidantgenen [31] en inductie van de fenylpropanoïde-route, met name de flavonoïde-biosynthese, verhoogd [11]. In deze studie wordt geen significant verschil in hoeveelheid anthocyanine waargenomen bij 0,01 propylisothiocyanaat en de controle, maar bij 1 en 0,1 mM propylisothiocyanaat nam de hoeveelheid anthocyanine respectievelijk toe met 58 en 25 procent. Hetzelfde resultaat wordt gerapporteerd over de toename van flavonoïden tijdens omgevingsstress [20]. In dit onderzoek lijkt het erop dat behandeling met propylisothiocyanaat leidt tot het verwijderen van vrije radicalen van zuurstof en ook tot aanpassing van de plant aan stresscondities door anthocyanine en flavonoïden te verhogen. In een onderzoek [6] werd gemeld dat de antioxidant-enzymactiviteiten en het anthocyaninegehalte in bosbessen krachtig met elkaar in contact staan ​​en bij koud weer toenemen [30]. Ook Solecka et al (1999) bestudeerden het effect van lage temperatuurstress op het anthocyaninegehalte in kool. Hun resultaten toonden de toename van anthocyanine in vergelijking met controlezaailingen. De hoeveelheid koolhydraten en proline in de zaailingwortel en -scheut onder de stress van isothiocynaten vertoonde een significante toename in vergelijking met de controleplanten. Om de ionenbalans en osmotische regulatie in vacuolen en cytoplasma te behouden, accumuleren de planten laagmoleculaire verbindingen zoals proline, glycine, betaïne en suikers zoals glucose en fructose die gezamenlijk asmoliet worden genoemd [20]. Verder lijkt het erop dat oplosbare suikers een belangrijke rol spelen in relatie met reactieve zuurstofsoorten. Suikers zijn ook nodig voor het uitvoeren van antioxidatieve processen zoals de pentosefosfaatroute [3,8] en de biosynthese van carotenoïden. De vermindering van bespaard zetmeel en de verhoging van suikers worden gerapporteerd onder stresssituaties [22]. Analyse van gentranscriptie heeft geverifieerd dat suikersignalering geassocieerd is met de oxidatieve stresscontrole. Verschillende stressfactoren zoals zoutgehalte, droogte, lage temperatuur en toxiciteit voor zware metalen die direct of indirect de accumulatie van reactieve zuurstofsoorten veroorzaken, leiden tot de accumulatie van oplosbare suikers die fungeren als een adaptief mechanisme voor stresscondities [23]. In de huidige studie lijkt het erop dat de toename van koolhydraten het gevolg is van het omgaan met zuurstofradicalen die worden gegenereerd onder isotyocyanaatstress. Proline speelt een belangrijke rol bij stresstolerantie in plantachtige antioxiderende activiteit van proline. Proline kan singletzuurstof verwijderen en kan ook een rol spelen bij het beschermen van eiwitten tegen denaturatie [2]. De resultaten die zijn verkregen door het meten van de activiteit van antioxidant-enzymen onder isothiosyanaatstress, tonen aan dat propylisothiocynaten een toename van de activiteit van katalase-enzym en meer tolerantie voor stress veroorzaken. De hoogste hoeveelheid katalase-activiteit werd waargenomen bij 0,01 mM propylisothiocyanaten. De balans tussen het produceren van reactieve zuurstofsoorten en antioxiderende enzymactiviteit bepaalt de manier waarop oxidatieve signalen optreden [19]. Inductie van antioxidant-enzymactiviteit is een algemene aanpassing van een plant tegen oxidatieve stress [10]. Catalase is het belangrijkste enzym voor het verwijderen van zuurstofperoxide en het gebeurt door het te verdelen in water en zuurstof. Inductie van katalase-activiteit resulteert in het overwinnen van oxidatieve stress door waterstofperoxide-ontgifting [18]. In hoge concentraties propylisothiocynaten kan het katalase-enzym breken door proteasen die worden geïnduceerd door oxidatieve stress die wordt gerapporteerd in oude erwtenbladeren [25]. Afname van antioxidant-enzymactiviteiten bij hoge stressniveaus kan worden veroorzaakt door moleculaire enzymbreuk door vrije radicalen van zuurstof [25]. Op basis van de resultaten van dit onderzoek heeft propylisothiocynats ook de activiteit van het ascorbaatperoxidase-enzym verhoogd in vergelijking met de controlezaailingen in scheuten. De hoogste activiteit van dit enzym wordt waargenomen bij 0,01 mM propylisothiocyanaten. De toename van de activiteit van ascorbaatperoxidase door abiotische stress kan een teken zijn van het begin van de verdediging tegen antioxidanten. Ascorbaatperoxidase-enzym heeft deelgenomen aan de ascorbaatglutathioncyclus en heeft zo de verwijdering van waterstofperoxide veroorzaakt. Een studie toonde aan dat behandeling met allylisothiocynaten eerst de toename en vervolgens de afname van de enzymactiviteit van ascorbatperoxidase in bosbessen veroorzaakt [33]. De enzymactiviteit van gayacule-peroxidase is toegenomen bij verschillende concentraties isothiocynaten. Gayacule-peroxidase-enzym katalyseert waterstofperoxide-afhankelijke oxidatie van het substraat. Dit enzym stimuleert ook de biosynthese van lignine en creëert een fysieke barrière tegen de spanningen en beschermt weefsels tegen de vrije actieve radicalen [9]. In het huidige onderzoek kan de afname van de activiteiten van deze enzymen in hoge concentraties propylisothiocynaten plaatsvinden door remming van het enzym of inactivering of neerwaartse regulatie ervan, zodat de hoge intensiteitsstress een tegengesteld effect heeft op de activiteit van het enzym. De andere resultaten van dit onderzoek zijn onder meer vermindering van de hoeveelheid oplosbare eiwitten in planten onder isothiocyanaatstress. Een van de redenen van eiwitafname bij dit stressniveau zou de verhoogde productie van vrije zuurstofradicalen kunnen zijn. Deze radicalen remmen de eiwitsynthese of leiden tot eiwitdenaturatie [27]. Het kan ook te wijten zijn aan verminderde fotosynthese en verminderde materialen die nodig zijn voor eiwitsynthese onder stressomstandigheden [13].

De resultaten van deze studie toonden aan dat oxidatieve stress, geïnduceerd door matige doses propylisothiocyanaten, fysiologische reacties en antioxidantverdediging van tuinkerszaailingen induceerde onder in vitro omstandigheden. Het kan belangrijk zijn bij het aanpassen van planten en het omgaan met stress. Waarschijnlijk bemiddelt propylisothiocyanaat in tuinkerszaailingen de reacties die verband houden met het afweersysteem van antioxidanten.

Ontvangen 12 november 2013

Ontvangen in herziene vorm 19

Online beschikbaar 2 april 2014

[1] Aebi, H., 1984. Catalase in vitro. Methoden Enzymologie, 105: 121-126.

[2] Alia, P.S.P. en P. Mohanty, 1991. Proline verbetert de primaire fotochemische activiteiten in geïsoleerde thylakoïde membranen van Brassica juncea door foto-remmende schade te stoppen. Biochemische en biofysische onderzoekscommunicatie, 181: 1238-1244.

[3] Barra, L., N. Pica, K. Couffi, G. Walker, C. Blanko en A. Trautwetter, 2003. Glocose-6-fosfaatdehydrogenase is vereist voor sucrose en trehalose om efficiënte osmoprotectans te zijn in Sinorhizobium-meliloty. FEMS Microbiologie Brieven, 229: 183-188.

[4] Bates, L., R. Waldren en I. Teare, 1973. Snelle bepaling van vrij proline voor waterstressstudies. Plant en bodem, 39: 205-207.

[5] Bradford, M.M., 1976. Een snelle en gevoelige methode voor de kwantificering van microgramhoeveelheden eiwit met behulp van het principe van eiwit-kleurstofbinding. Jaarlijkse biochemie, 72: 248-254.

[6] Connor, A.M., J.J. Luby, J.F. Hancock, S. Berkheimer en E.J. Hanson, 2002. Veranderingen in de antioxidantactiviteit van fruit bij bosbessencultivars tijdens opslag bij koude temperatuur. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 50: 893-898.

[7] Corpas, FJ, JB Barroso en L.A. del Rio, 2001. Peroxisomen als bron van reactieve zuurstofsoorten en stikstofmonoxide-signaalmoleculen in plantencellen. Trends Plantenwetenschap, 6: 145-50.

[8] Debnam, P.M., A.R. Fernie, A. Leisse, A. Golding, C.G. Bowsher, C. Grimshaw, J.S. Knight en MJ Emes, 2004. Veranderde activiteit van de P2-isoforme van plastidische glucose-6-fosfaatdehydrogenase in tabak (Nicotiana tabacum) veroorzaakt veranderingen in het koolhydraatmetabolisme en reactie op oxidatieve stress in bladeren. Plantenjournaal, 38: 49-59.

[9] Fang, W. en C.H. Kao, 2000. Verbeterde peroxidase-activiteit in rijstbladeren als reactie op overtollig ijzer, koper en zink. Plantenwetenschap, 158: 71-76.

[10] Foyer, C.H. en G. Noctor, 2005. Redox-homeostase en antioxidantsignalering: een metabolische interface tussen stressperceptie en fysiologische reacties. Plantencel, 17: 1866-1875.

[11] Green, R. en R. Fluhr, 1995. Door UV-B geïnduceerde accumulatie van PR-1 wordt gemedieerd door actieve zuurstofsoorten. Plantencel, 7: 203-212.

[12] Hara, M., Y. Yatsuzuka, K. Tabata en T. Kuboi, 2010. Exogeen toegepaste isothiocyanaten versterken de glutathion-S-transferase-expressie in Arabidopsis, maar werken bij hogere concentraties als herbiciden. Journal of Plant Physiology, 167: 643-649.

[13] Havaux, M., O. Canaai en S. Malkin, 1987. Remming van fotosynthetische activiteiten onder langzame waterstress gemeten in vivo door foto-akoestische methode. Fysiologische Plantarum, 70: 503-510.

[14] Khokon, M., M.D.S. Jahan, T. Rahman, M.A. Hossain, D. Muroyama, I. Minami, S. Munemasa, I.C. Mori, Y. Nakamura en Y. Murata, 2011. Allylisothiocyanaat (AITC) induceert stomatale sluiting in Arabidopsis. Plant, cel en omgeving, 34: 1900-1906.

[15] Lichtenthaler, H.K., 1987. Chorofylen en carotenoïden: pigmenten fotosynthetische biomembranen. Methoden in Enzymol., 148: 350-382.

[16] Lin, C.C. en C. H. Kao, 1999. NaCl induceerde veranderingen in ionisch gebonden peroxidase-activiteit in wortels van rijstzaailingen. Plant en bodem, 216:147-153.

[17] Mars, K.A., M.R. Alfenito, A.M. Loyd en V.A. Valbot, 1995. Glutathion-s-transferase betrokken bij vacuolaire overdracht gecodeerd door het maïsgen brons-2. Nuture, 375: 397-400.

[18] Mazhoudi, S., A. Chaoui, M.H. Ghorbal en E. Ferjani, 2002. Reactie van antioxidatieve enzymen op overtollig koper in tomaat (Lycopersicum esculentum Mill). Plantenwetenschap, 127: 129-137.

[19] Moller, I.M., P.E. Jensen en A. Hansson, 2007. Oxidatieve modificaties van cellulaire componenten in planten. Jaaroverzicht van plantenbiologie, 58: 459-481.

[20] Murali, NS en A.H. Teramura, 1986. Effectiviteit van UV-B-straling op de groei en fysiologie van in het veld gekweekte sojabonen die zijn gemodificeerd door waterstress. Fotochemische fotobiologie, 44: 215-219.

[21] Nakano, Y. en K. Aada, 1981. Waterstofperoxide wordt weggevangen door ascorbaatspecifieke peroxidase in spinazie-chloroplasten. Plantencelfysiologie, 22: 867-80.

[22] Nakano, Y. en K. Asada, 1981. Waterstofperoxide wordt weggevangen door ascorbaatspecifieke peroxidase in spinazie-chloroplasten. Plantencelfysiologie, 22: 867-80.

[23] Oraki, H., F. Parhizkar Khajani en M. Aghaalikhana, 2012. Effect van watertekortstress op prolinegehaltes, oplosbare suikers, chlorofyl en graanopbrengst van zonnebloemhybriden (Helianthus annuus L.). Afrikaans tijdschrift voor biotechnologie, 25: 164-168.

[24] Parida, B.K., I.M. Chhibba en V.K. Nayyar, 2003. Invloed van met Ni verontreinigde bodems op fenegriek (Trigonnella corniculata L.) groei en minerale samenstelling. Scientia Horticulurae, 98: 113-119.

[25] Roitsch, T. en R. Ehnefi, 2000. Regulering van source/sink-relaties door cytokinines. Plantengroeiverordening, 32 (2): 359-367.

[26] Sairam, RK, P.S. Deshmukh en D.C. Saxena, 1998. De rol van antioxidantsystemen bij de tolerantie van het tarwegenotype voor waterstress. Biologische Plantarum, 41: 387-394.

[27] Sandalio, L.M., H.C. Dalurzo, M. Gomez, M.C. Romero-Puertas en L.A. Del Rio, 2001. Door cadmium geïnduceerde veranderingen in de groei en het oxidatieve metabolisme van erwtenplanten. Journal of Experimental Botany 52: 2115-2226.

[28] Sanita, T. en R. Gabbrielli, 1999. Reactie op cadmium in hogere planten - overzicht. Milieu- en experimentele plantkunde, 41: 105-130.

[29] Sgherri, C.L.M. en F. Navari-Izzo, 1995. Zonnebloemzaailing onderworpen aan toenemende stress door watertekort: oxidatieve stress en afweermechanismen. Physiologia Plantarum, 93: 25-30.

[30] Sheel, Sh. en N. Agarwal, 2010. Voedings- en genezingsproces van tuinkers. Indian Journal of Natural Product and Resources, 18: 292-297.

[31] Somogyi-Nelson, M., 1952. Opmerkingen over suikerbepaling. Journal of Biological Chemistry, 195: 19-29.

[32] Solecka, D., A.M. Boudet en A. Kacperska, 1999. Veranderingen in fenylpropanoïde en anthocyanine in bij lage temperatuur behandelde winterkoolzaadbladeren. Plantenfysiologie en biochemie, 31: 491-496.

[33] Vinyard, PG, CJ Moody en C. Jacob, 2005. Oxidatieve activering van antioxidantafweer. Trends in de biochemische wetenschap, 8: 453-461.

[34] Wagner, G.J., 1979. Inhoud en vacuole/extera vacuole verdeling van neutrale suikers, vrije aminozuren en anthocyanine in protoplast. Plantenfysiologie, 68: 88-93.

[35] Wang, SY, Chi-Tsun, Ch. en Jun-jie, Yin, 2010. Effect van allylisothiocyanaat op antioxidanten en fruitbederf van bosbessen. Voedselchemie, 120: 199-204.

[36] Yan, X. en S. Chen, 2007.Regulering van het metabolisme van plantaardig glucosinolaat. Planta, 226: 1343-1352.

(1) Farinaz Farzadnejad en (2) Roya Razavizadeh

(1) MSc-student, Afdeling Biologie, Payame Noor University, Najafabad, Isfahan, Iran

(2) Universitair docent, Afdeling Biologie, Payame Noor University, PO BOX 19395-3697 Teheran, Iran

Corresponderende auteur: Farinaz Farzadnejad, MSc-student, afdeling Biologie, Payame Noor University, Najafabad, Isfahan, Iran.


Invoering

SARS-CoV-2 is de hoofdoorzaak van de late pandemie, de nieuwe coronavirusziekte 2019 (COVID-19). Een ziek persoon ervaart milde tot ernstige ademhalingsproblemen. Onder de geïnfecteerde populaties herstellen nauwelijks symptomatische patiënten zonder ziekenhuisopname en de overgrote meerderheid van hen wordt in het ziekenhuis opgenomen voor buitengewone behandeling. Dit is een opmerkelijke wereldwijde oorlog, waarbij ziekenhuizen in de frontlinie staan ​​en artsen die samen met het medische ondersteuningsteam bevelvoerende officieren zijn, constant strijden tegen COVID-19 [1, 2]. Over het algemeen vertoont COVID-19 symptomen zoals andere SARS-CoV-geïnfecteerde ziekten, vordert snel in de richting van de ontwikkeling van ARDS (acute respiratoire distress syndrome) met septische stun, in het ergste geval treedt het falen van meerdere organen op als gevolg van door virale infectie veroorzaakte cytokine storm in het lichaam [3]. Het nieuwe coronavirus of SARS-CoV-2 wordt gewoonlijk verspreid via kleine minuscule druppeltjes die vrijkomen in de omgeving wanneer de besmette personen onbewaakt niezen, hoesten of zelfs praten met mensen die nauw contact hebben [4].

Er is geen bevestigde anti-COVID-19-medicatie in het bestaande schap [5]. Er zijn momenteel enkele klinische onderzoeken aan de gang en een paar medicijnen, bijvoorbeeld chloroquine, remdesivir, arbidol en favipiravir, zijn uitgeprobeerd, maar geen van hen is volledig vruchtbaar om de overlevingskans te verbeteren [6]. Op dit moment zijn er geen specifieke richtlijnen en behandelingsregimes voor COVID-19. De meeste behandelmethoden zijn symptomatisch en gebaseerd op ondersteunende therapie. Nauwelijks medicijnen hebben een grote geschiktheid aangetoond op celniveau die verder moeten worden beproefd en goedgekeurd. Een paar antimicrobiële middelen, waaronder antivirale geneesmiddelen, werden gebruikt om COVID-19-patiënten te behandelen, bijvoorbeeld een mengsel van remdesivir of lopinavir of ritonavir en chloroquine [7,8,9] en er zijn ook verschillende medicijnen in de pijplijn [10]. Na toediening van geneesmiddelen die vijandig staan ​​tegenover virale en andere microben, draagt ​​de verbrijzelde natuurlijke pariteit van het darmmicrobioom verder bij aan de progressie van morbiditeit bij patiënten. Coronapatiënten ervaren voornamelijk de nadelige effecten van afnemende witte bloedlichaampjes (WBC) en lymfocyten wanneer het dringend is om een ​​drempelniveau van cytokineniveau inclusief IL-6 en IL-10 te handhaven [11]. In deze situatie blijven gecoördineerde behandelingen op basis van het immuunsysteem van de gastheer doorslaggevend om de strijd aan te gaan met COVID-19.

Behandeling met voedingsstoffen, met name Vit-C en vitamine D, is al lang bekend bij patiënten die door het coronavirus zijn getroffen [12]. De laatste tijd zijn er fase-3-onderzoeken naar vitamine D-behandeling met verschillende doseringen voor COVID-patiënten aan de gang [13]. Vitamine-D kan een mogelijk intrigerende gestage behandeling zijn tegen SARS-CoV-2-infectie. Hoe dan ook, er is tot nu toe geen logisch bewijs of wetenschappelijk bewijs gevonden. Hier is een cross-talk tussen vitamine D en melaninesyntheseroute gemeld met een fascinerende observatie waarbij bijproducten van melaninesynthese ondubbelzinnig verband houden met de dynamische plaats van humaan protease furine, dat van vitaal belang is voor de door SARS-CoV-2 gemedieerde ziekte progressie [14].

Vitamine D: bijdrage aan de menselijke gezondheid

Vitamine D wordt gewoonlijk verkregen uit voedselbronnen of gesynthetiseerd in de menselijke huid [15]. Het is algemeen bekend dat deze vitamine zowel de adaptieve als de aangeboren immuniteit moduleert (Fig. 1). Vitamine-D-receptoren (VDR's) die worden weergegeven op B-cellen/T-cellen of op de APC's (antigeenpresenterende cellen) kunnen een actieve metaboliet uit vitamine D synthetiseren. Een essentiële activiteit van vitamine D is het behoud van de calciumhomeostase en de gezondheid van het skelet. In de lever komt gehydroxyleerde vitamine D in een dynamische vorm, namelijk 25 OH vitamine D3 (ook wel 25D genoemd). In de nier wordt 25D omgezet in een andere dynamische vorm, namelijk -1,25,dihydroxy vitamine D (1, 25 D), ook wel calcidiol genoemd, via de werking van een enzym, 1-α-hydroxylase (CYP27B1). Vervolgens wordt 24-hydroxylase (CYP24) zet 1,25 D om in een inactieve stof, d.w.z. 1,24,25 vitamine D (Fig. 2). 1, 25 D in actieve vorm beïnvloedt de darm en botten na binding aan de VDR [16].

Schematische weergave van het kruispunt tussen zonlicht, vitamine D-synthese, activering van melanocyten en hun regulatie van immuunmoleculen

Gevolgen van Vitmain D voor de menselijke gezondheid en hun metabolisme in de lever. De gehydroxyleerde vorm, 25 OH vitamine D3 (25 D) wordt gesynthetiseerd in de lever en omgezet in de meest actieve vorm, 1,25,dihydroxyvitamine D (1, 25 D) door 1-α-hydroxylase (CYP27B1). CYP27B1, is de sleutelfactor voor vitamine D-biosynthese

Een paar dwarsdoorsnede-onderzoeken brachten aan het licht dat het vitamine D-gehalte in het lichaam rechtstreeks verband houdt met de progressie van ziekten zoals griep [17], vergelijkbaar met andere infecties veroorzaakt door virussen, bijvoorbeeld HIV enz. [18, 19]. Er is een direct verband tussen lage vitamine D-spiegels met verminderde weerstand en hogere percentages virale ziekten (tabel 1). Het is goed gedocumenteerd dat macrofagen tolachtige receptoren (TLR) gebruiken om lipopolysaccharide (LPS) te detecteren, waarbij LPS een voorkeursdoelwit is voor bacteriële infectie. TLR op de macrofagen leidt tot verbetering van de expressie van zowel 1-α-hydroxylase als de VDR. Mensen zijn in toenemende mate geneigd tot virale infecties van het bovenste deel van de luchtwegen, vanwege een lager vitamine D-gehalte, in vergelijking met mensen met voldoende niveaus. Het vitamine D-gehalte fluctueert met de leeftijd, het seizoen, het geslacht, het ras en de lichaamsmassa, wat eveneens verband houdt met virale infecties [32]. De expressie van VDR wordt gezien in hersenen, borst, beenmerg, colon, kwaadaardige cellen en andere immunogene cellen dan het skelet en de darm, suggereren dat vitamine D een belangrijke beschermende rol speelt door de homeostase van calcium in botweefsel te handhaven en de immuniteit te verhogen. om te strijden tegen menselijke ziekteverwekkers [33].

Vitamine D-gemedieerde aangeboren immuniteit

Tijdens luchtweginfecties gaan de pathogenen de luchtwegen binnen en beginnen te koloniseren in epitheelcellen, ook onmiddellijk begint het aangeboren immuunsysteem en het inflammatoire signaalnetwerk te reageren [34]. Ten eerste komen neutrofielen de parenchymcellen van de long binnen en begint de kolonisatie binnen een uur na infectie. Vervolgens heeft het binnen enkele dagen na infectie invloed op de natuurlijke killercellen, monocyten/macrofagen en T-cellen. RIG-achtige receptoren en TLR's herkennen virale pathogenen en nemen deel aan het antivirale verdedigingssysteem door cytokinen en type I interferon (IFN) te produceren. De IFN en pro-inflammatoire cytokinen belemmeren de virale replicatie en translatie, waardoor de infectie onder controle wordt gehouden [25]. Deze immuunmoleculen activeren bovendien virale splitsing, onderdrukken virale fusie door de activering van cytolytische cellen en stimuleren humorale factoren, bijvoorbeeld acute-fase-eiwitten, collectines, defensines, waaronder complement-eiwitten [35, 36].

In aanwezigheid van virale antigenen beginnen macrofagen en dendritische cellen met het verwerken van de CD 4+ en CD 8+ T-cellen die aanwezig zijn in de aangetaste lymfeklieren. Daarna gaan T-cellen het geïnfecteerde weefsel binnen om pro-inflammatoire en cytolytische effecten in te grijpen [37]. Aan de andere kant bevordert T-helpercel B-celproliferatie evenals differentiatie in plasma- en geheugencellen, ze ondergaan een omschakeling van antilichaamklasse om zowel IgA als IgG te synthetiseren [35]. B-cel die antilichaam afgeeft, voorkomt het binnendringen van virus in cellen en veroorzaakt fagocytose door de aangeboren immunogene cellen. Vervolgens kunnen de aangeboren en adaptieve immuunresponsen een coöperatieve rol spelen voor de bescherming van individuen tegen respiratoire virale infecties [37].

Van alle vitamines wordt alleen vitamine D gesynthetiseerd door blootstelling aan zonlicht (280-315 nm) op de huid. Tijdens blootstelling van zonlicht aan het keratinerijke huidmembraan wordt uiteindelijk 7-dehydrocholesterol omgezet in vitamine D3, calcitriol [38]. Vooral systemische vitamine D is huidgebonden, terwijl een klein deel eveneens afkomstig is van de voedingssuppletie [39]. Het tussenproduct 1,25(OH)2D3 reguleert meer dan 1000 genen na interactie met VDR. Epitheelcellen brengen een kritisch niveau van VDR tot expressie met SNP, gerelateerd aan het risico van RSV-infectie [40, 41]. 1,25(OH)2D3 stimuleert de rijping van NK-cellen, neutrofielen en macrofagen in de luchtwegen, en bovendien enkele antimicrobiële peptiden (AMP's), bijvoorbeeld cathelicidins en defensines [42]. Dergelijke AMP's hebben een antivirale (voornamelijk anti-influenza) impact aangetoond door te associëren met hCAP18/LL-37 [43]. Aan de andere kant worden de expressie van CD14 en TLR ook beïnvloed door 1,25(OH)2D-tussenproduct [44]. De verhoogde activiteit van macrofagen vermindert de activiteit van autofagie tijdens de infectie [45]. Autofagie is een door cytokine geïnduceerd cellulair homeostaseproces. Autofagie is gekoppeld aan IFN-α/CXCL10-afgifte om virale replicatie te stoppen tijdens infectie door Influenza-A [46]. Daarom kan vitamine D, bemiddeld door autofagie, de respiratoire virale ziekte van de longen onder controle houden. De aangeboren immuunrespons door de actie vitamine D wordt uitgebreider om de beweging van myeloïde dendritische cellen naar lymfeorganen te stimuleren om specifieke T te stimuleren.H cellen/ en B-cellen [47, 48]. Pro-inflammatoire cytokine wordt eveneens gehinderd door vitamine D. Ten tijde van influenza-A-infectie kan 1,25 (OH)2D de tumornecrosefactor (TNF)-α en interleukines verminderen, b.v. IL-8, IL-6, IFN-β en RANTES in de epitheliale laag van de longen [21]. Vooral de virale replicatiesnelheid, het cytokineniveau is hoog in meer pathogene virale stammen dan in minder pathogene stammen [49]. Het aantal respiratoire virale infecties is in de zomer lager dan in de winter [47]. Vitamine D kan respiratoire virale infectie onder controle houden door modulatie van adaptieve immuniteit door neerwaartse regulatie van het cytokineniveau van TH1 en TH2 [50] maar opregulatie van T-regulerende cel [51]. Opvallend was dat zuigelingen die niet werden blootgesteld aan zonlicht bleken te lijden aan een lagere luchtweginfectie en een laag niveau van 25(OH)D werd gedetecteerd in bloedsera [52]. Uit het rapport bleek dat een aan zonlicht blootgestelde moeder een hoge dosis vitamine D aan een kind geeft dan een moeder zonder blootstelling aan zonlicht. Blootstelling aan zonlicht en vertragende vitamine D zijn noodzakelijk om de groei van de foetus en de ontwikkeling van immuniteit te behouden, langs deze lijnen is zonlicht een belangrijke stimulator van vitamine D-synthese [53].

Overspraak tussen vitamine D en melaninebiosynthese

De menselijke huid produceert spontaan vitamine D tijdens blootstelling aan zonlicht. Deze procedure is een fotochemische reactie die wordt gestart nadat 7-dehydrocholesterol in onze opperhuid UV-B absorbeert en daarom hangt de synthese af van enkele factoren zoals UV-B-dosis, temperatuur en lipideomgeving [54]. Melaninepigmentatiesysteem beïnvloedt vitamine D-signalering via de koppeling tussen melanogene machines in de huid en circulerend 25 (OH) D van blanke individuen [55]. Melanine absorbeert UV-B (290-320 nm) en neemt deel aan de filtratie van licht die de hoeveelheid UV-B-straling bepaalt die in het huidepitheel moet doordringen [56]. Het is bevestigd dat de raciale verdeling van de wereld naar breedtegraad wordt gereguleerd door de productie van vitamine D bij individuen [57]. Toen mensen migreerden van lagere breedtegraden naar hogere breedtegraden, vervaagde hun huidskleur als gevolg van verminderd zonlicht. Huidpigmentatie is dus een dominante variabele voor het reguleren van vitamine D3-synthese in competitie met melanine met 7-dehydrocholesterol [58]. In deze omstandigheden schetst een beroemde hypothese "vitamine D-folaathypothese", de verklaring achter een schijnbare aanpassing van de menselijke huidschaduw in situaties met UV-straling. Vitamine D en foliumzuur hebben verschillende gevoeligheidsniveaus voor UV-straling, vreemd genoeg wanneer vitamine D wordt gemengd met behulp van UVR-blootstelling en daarna wordt foliumzuur afgebroken. De voorgestelde veronderstelling van de "vitamine D-folaathypothese" is dat pigmentatie van de huid de celhomeostase van vitamine D in stand houdt [59]. Verschillende alternatieve theorieën beperken deze hypothese. Experts op het gebied van vitamines accepteren theorieën over de omgekeerde relatie tussen een huidpigmentair raamwerk en vitamine D-aanmaak [60, 61].

Bij normaal daglicht is UVB de dynamische straling voor vitamine D-synthese boven UVA. In een onderzoek is gemeld dat individuen met een lichte huidskleur een blootstelling van 20-30 minuten en een paar keer in 7 dagen nodig hebben om 20.000 IE vitamine D3 aan te maken, terwijl een persoon met een bruine huidskleur met een hoog melaninegehalte 2-10 keer meer blootstelling nodig heeft tijd voor een gelijkwaardig niveau van vitamine D3 [62]. Een synergetische werking van vitamine D en melanine in de huid, is van fundamenteel belang om de niveaus van 25-(OH)D bij jongeren te screenen, de zwangere vrouw net zo jong als oud. Zowel melanine als vitamine D hebben een beschermende rol tegen virale infecties en bacteriële of schimmelziekten [63]. Verschillende factoren bemiddelen melanine- en vitamine D-syntheses in de huid. Er is echter niet voldoende informatie over de synthese van verschillende categorieën pigment en hun directe correlatie met vitamine D. Op het moment dat een patiënt in het ziekenhuis wordt opgenomen met een beperking van de UVB-blootstelling, moet het individu een beperking van de vitamine D-synthese hebben. In feite zijn de regulatie van vitamine D-synthese en de betrokkenheid van melanocyten bij hun regulerende activiteiten niet in detail bestudeerd onder zieke toestand.

Melanine

Indoolpolymeer met melaninepigmenten werd gevonden in vijf koninkrijken van Monera tot Animalia. Melanine gaat over als biomarker voor evolutionaire studie. Het wordt beschouwd als de oudste pigmenten van de natuur die zijn herkend in fossielen van dinosaurussen en gevederde wezens. Uit het Jura-tijdsbestek worden deze gevonden in inktzakken van koppotigen [64]. Melanines zijn drie soorten, bijvoorbeeld eumelanines, pheomelanines en allomelanines [65]. Naast natuurlijke omstandigheden zijn voor het grootste deel twee tinten verantwoordelijk voor de tint van de menselijke huid, bijvoorbeeld eumelanine en pheomelanine. In de melaninesyntheseroute wordt voornamelijk de catecholamine-precursor 3,4-dihydroxyfenylalanine (DOPA) geproduceerd uit tyrosine, na oxidatie die wordt omgezet in 3,4-dioxyfenylalanine (dopaquinon) dat cycliseert tot 5,6-indoolchinonen en polymeriseert tot melanine (Afb. 3). Oplosbare melanines worden georkestreerd nadat L-ß-3,4-dihydroxyfenylalanine (L-DOPA) is geoxideerd of nadat L-tyrosine chemisch is geoxideerd [66].

Schematische weergave van de melaninesynthese inclusief pheomelanine en eumelanine bij de mens

Melanine zorgt niet alleen voor foto-geïnduceerde schade tijdens absorptie van een hoog bereik van het elektromagnetische spectrum, maar zorgt ook voor bescherming tegen zowel chemische als thermische stress. Op deze manier worden melanines op grote schaal gebruikt voor het maken van fotobeschermende crèmes/cosmetica, en ook voor het ontwerpen van brillen of voor het behandelen van radioactief afval [67]. Melanine kan niet alleen onze huid beschermen tegen schade door UV-straling en de thermoregulatie in stand houden, het helpt ook bij het beheersen van stressrespons, metabolisme en immuniteit [68]. Eerdere rapporten bevestigen dat zowel het alfa-melanocytstimulerend hormoon als het melanineconcentrerende hormoonsynthetiserende gen van gewervelde dieren zeer geconserveerd zijn, die binden aan MRC (melanocortinereceptor) van weefsel en aansprakelijk zijn voor verschillende fysiologische activiteiten, waaronder verdediging tegen parasitaire infectie [69]. Aan de andere kant helpt melanocortine-ligand (alfa MSH en ACTH) bij de expressie van MHCI [70].

Langs deze lijnen wordt melanine zo nu en dan gebruikt als materiaal voor de gezondheidszorg, omdat het kankerpreventieve eigenschappen, antivirale, antimicrobiële, ontstekingsremmende, antitumorale, immunostimulerende en radioprotectieve activiteiten heeft [71]. Synthetische melanine onder in vitro conditie bleek de replicatie van HIV-1 of HIV-2 te remmen en het glycoproteïne van het HIV-1 envelopoppervlak te belemmeren, maar interfereerde niet met de activiteit van het reverse transcriptase-enzym [66] en wordt bovendien gebruikt voor de behandeling van gemetastaseerd melanoom in mens [67]. Daarom wordt aangenomen dat melaninepigment een significante preventieve rol speelt tegen zowel kwaadaardige groei als infectieziekten.

Furine medieert de pathogenese van kanker en virale infecties

In het menselijk genoom worden meer dan 500 proteasen geteld die een belangrijke rol spelen als moleculaire schaar in alle fysiologische processen. Proteolytische splitsing reguleert verschillende fysiologische en pathogenese routes die leiden tot gezondheid en ziekte. Een van de algemeen significante en alom tot expressie gebrachte proteasen is het serineprotease furine [72]. Furine is verantwoordelijk voor de activering van verschillende virusdeeltjes. Virussen van omhulde eiwitten worden, net als niet-omhuld, door dit protease samen met andere proteasen verwerkt voor de ingang voor het produceren van rijpe virions die klaar zijn voor infectie. Hormonen, groeifactoren, cytokinen en receptoren zijn de zoogdiersubstraten van furine en ongebruikelijke activiteit van furine is direct geassocieerd met een groot aantal dieasen, waaronder kanker en virale of bacteriële infecties [73].

Furine heeft een plaats bij de groep van uitzonderlijk expliciete, calcium-ondergeschikte proproteïne/prohormoon convertases (PC's) [74]. Deze endoproteïnasen benadrukten een synergetisch gebied van homologie met subtilisine en initiëren een enorm aantal geëmitteerde eiwitten door beperkte proteolyse. Furine is een soort I transmembraan serine-protease dat universeel wordt gecommuniceerd en cycli van trans-Golgi-systemen naar cellen, via het endosomale raamwerk. Bij warmbloedige dieren grijpt de PC-familie zeven individuen die zich delen na verschillende fundamentele afzettingen op de plaats van splitsing (R/K)Xn(R/K)↓ (hier staat "↓" voor scissile peptide security), waarbij furine vooral waarneembaar is de reeks RXK/RR↓ [75]. Deze uitzonderlijke opeenvolging van expliciete splitsing is de basis voor de initiatie van verschillende pc-substraten.

Hoewel furine normaal gesproken door verschillende cellen tot expressie wordt gebracht, fluctueren de mRNA- en eiwitniveaus ervan afhankelijk van het type cellen/weefsels dat significante hoeveelheden aanwezig zijn in het beenmerg, de speekselklieren en de lever, terwijl de furineproductie in spiercellen relatief lager is [76] . Het pro-peptide van furine wordt overgebracht naar de trans-Golgi-netwerk (TGN) van endoplasmatisch reticulum, waarbij het autoproteolytische proces in twee stappen plaatsvindt, zodat furine enzymatisch actief wordt [77]. Tegelijkertijd worden N-gebonden oligosachariden ingebouwd en wordt het peptide getrimd. Omdat de furinespiegels in het TGN verhoogd zijn, kan het via de endosomale route naar het oppervlak van cellen en terug naar het TGN worden overgebracht [78]. Ten slotte wordt furine afgestoten en afgevoerd als extracellulair eiwit na de proteolytische splitsing van zijn katalytische membraangebonden domeinen [79]. Het vermogen om in te werken op een reeks cellumaire substraten in de cel of in de extracellulaire ruimten houdt verband met de alomtegenwoordige aanwezigheid van furine, niet alleen in de TGN- en endosomale compartimenten, maar ook op cellulaire oppervlakken.

Meestal worden glycoproteïnen die aanwezig zijn op de virale envelop proteolytisch gescheiden voordat ze gastheercellen binnengaan. Soms gebruiken virussen cellulaire enzymen, b.v. trypsine of subtilisine-achtige endo-proteasen voor dergelijke acties. Furine, dat een subtilisine-achtige protease is, herkent en splitst op polybasische loci een trypsine-achtige protease, maar neemt monobasische plaatsen waar om te knippen naast een enkele Arg- of Lys-rest [80]. Verschillende rapporten hebben aangetoond dat glycoproteïnen die behoren tot de vacht van verschillende virussen (Borna, Pneumo, Orthomyxo, Herpes, Flavi, Toga, Bunya, Filo, Paramyxo, Corona en Retroviridae) worden gesplitst door Furine, hoewel deze viruezen evolutionair uiteenlopen.

In silico-analyse tussen furine- en melanine-tussenproducten

Hoewel virale furinesubstraten over het algemeen een polybasische canonieke splitsingsplaats bevatten, is de bindingszak op de actieve plaats in veel soorten geconserveerd. Virale glycoproteïnen en furine-eiwit gaan beide de secretoire route binnen, waardoor proteolytische splitsing op verschillende tijdstippen tijdens replicatie van viraal genoom mogelijk is. De eiwitmantel van enkele virale stammen wordt afzonderlijk geproduceerd en niet samen met het genoom in productiecellen, terwijl in andere de eiwitomhulling extracellulair wordt verwerkt voordat het virus een andere doelgastheercel aanvalt. Een groot aantal virussen maakt gebruik van furine en andere proproteïne-convertasen (PC's) om hun binnenkomst in de gastheercel te reguleren en een hoge pathogeniteit te ontwikkelen [72]. Het is goed gedocumenteerd dat verschillende groeifactoren, receptoren, matrixmetalloproteïnasen en virale envelopglycoproteïnen betrokken zijn bij de omzetting naar hun bioactieve vormen [81, 82]. Onlangs zijn in silico naar in vitro strategieën ondernomen om de furine-activiteit voor SARS-CoV-2 spike glycoproteïne-splitsingsrepressie te belemmeren [83]. Daarom is furine een taget-molecule om het binnendringen van een aantal virussen te stoppen. Er is ook een directe correlatie waargenomen tussen furine en melanosoombiogenese. Er werd aangetoond dat de intralumenale fibrillen nodig zijn om de Pmel17 te splitsen door een furine-achtig proproteïne-convertase (PC). De splitsing van Pmel17 maakt een lumenaal domeinfragment vrij dat helpt bij het reguleren van de melanosoombiogenese door de fibrillogene activiteit te regelen [84].

Het katalytische domein van furine bindt aan de doelplaats van de katalytische triade (ASP153, HIS194, SER368) met een onderscheidend oxyaniongat (ASN295). Afgezien daarvan vertoont het residu van SER253 tot PR0256 eveneens een sterke affiniteit voor kleine moleculen om aan furine te binden. De begeleidende secties bevatten de interactie van furine met enkele belangrijke tussenproducten (beschikbare structuren in PubChem) van de biosyntheseroute van melanine.

Energieminimalisatie en moleculaire docking

Protein Data Bank-bestand voor humaan furine (PDB ID: 4RYD) werd gebruikt als receptormolecuul en melanine (PubChem CID:6325610), Eumelanine (PubChemCID:102582077), L-DOPA (l − 3,4-dihydroxyfenylalanine) (PubChem CID:6047 ), L-Dopaquinon (PubChemCID:44229226), werd genomen als ligandmolecuul voor koppeling. Elk molecuul werd onderworpen aan energieminimalisatie met behulp van ChemBio3DUltra 13.0-software, een werkstation van hoge kwaliteit waar MM2-energieminimalisatie van elk molecuul werd geïdentificeerd met stabiele moleculaire conformatie. De minst genomen RMS-gradiënt was 0,010. Studies over het koppelen van melanine, eumelanine, L-DOPA en L-dopaquinon met humaan furine werden uitgevoerd met behulp van iGEMDOCK v2.1-software met behulp van een basisalgoritme om geautomatiseerde koppelingen uit te voeren. De software genaamd AutoDockVina werd bovendien gebruikt om de resultaten te analyseren die werden verkregen na moleculaire koppeling. Deze software gebruikte Pyrex-tools of Auto-Dock Tools (ADT) [85]. Gasteiger-ladingen werden bepaald na verwijdering van waterresten uit macromoleculen. De liganden en macromoleculen werden in de Pyrex-tool ingevoerd [86]. Ten slotte werden ligand- en receptorbestanden geëxporteerd als bestanden in "pdbqt" -formaat.

Moleculaire docking-analyse en zelfbeschermend voordeel

Uit de resultaten van moleculaire koppeling werd waargenomen dat melanine, eumelanine, L-dopaquinon en L-DOPA zich nadrukkelijk binden aan de actieve plaats van furine-eiwit en daarom de virale invoer onwrikbaar voorkomen. In silico docking-onderzoek van melanine met furine-eiwit schetst duidelijk een bindingsaffiniteit van − 95,25 kcal/mol (Tabel 2). Melanine interageert met de residuen-HIS194, ASP258, ALA292, SER253, TRP254, GLY255, SER293, GLY294, ASN295, THR367 van furine-eiwit. Uit Fig. 4A en A, de interactie van melanine met de residuen SER253, TRP254 en GLY255, de remmerbindingsplaats, waar melanine bindt naast het enkele residu van de katalytische triade (HIS194) met de oxyanionopening (ASN295) van furine-eiwit. Een andere koppeling werd uitgevoerd met eumelanine met furine-eiwit dat een sterke bindingsaffiniteit van − 119,51 kcal/mol vertoont (Tabel 2). Eumelanine bindt met de residuen-ARG197, ASP153, ASP191, ARG193, ARG197, GLU257, HIS364, THR365, HIS194, LEU227 van furine-eiwit (Fig. 4B en B). In deze interactiestudie maken de interacterende residuen ASP153 en HIS194 deel uit van de katalytische triade waar eumelanine nadrukkelijk sterk bindt. In de docking-studie van L-Dopaquinon met furine-eiwit werd bepaald dat de bindingsvrije energie − 77 kcal/mol was (Tabel 2). L-dopaquinon interageert met de zes residuen, ARG197, ARG193, HIS194, ARG197, HIS364 en THR365, van furine-eiwit (Fig. 5A en A). Hier werd bovendien een van de residuen van de katalytische triade (HIS194) geassocieerd met het interactieonderzoek. Dockingstudie van L-DOPA met furine-eiwit onthult bovendien een bindingsaffiniteit van − 77,15 kcal/mol (Tabel 2). De interactie van L-DOPA met furine toont duidelijk een betrokkenheid van PR0256, ASP258, SER293, GLY294, ASN295, ASP306, SER368, TRP254, GLY255 residuen van furine (Fig. 5b en b). De residuen TRP254, GLY255, PR0256 zijn de remmerbindingsplaats van furine-eiwit waar L-DOPA bindt naast de associatie van één residu van de katalytische triade (SER368).


Referenties

Smith E, Kiss F, Porter RM, Anstey AV: een overzicht van UVA-gemedieerde lichtgevoeligheidsstoornissen. Photochem Photobiol Sci. 2002, 11: 199-206.

Svobodová A, Vostálová J: Door zonnestraling veroorzaakte huidbeschadiging: beoordeling van beschermende en preventieve opties. Int J Radiat Biol. 2010, 86: 990-1030.

Giampieri F, Alvarez-Suarez JM, Tulipani S, Gonzáles-Paramàs AM, Santos-Buelga C, Bompadre S, Quiles JL, Mezzetti B, Battino M: Fotoprotectief potentieel van aardbei (Fragaria x ananassa) extract tegen UV-A bestralingsschade op menselijke fibroblasten. J Agric Food Chem. 2012, 60: 2322-2327. 10.1021/jf205065x.

Niki E: Verslechteren antioxidanten de signalering door reactieve zuurstofsoorten en lipide-oxidatieproducten?. FEBS Lett. 2012, 586: 3767-3770. 10.1016/j.febslet.2012.09.025.

Svobodová A, Walterová D, Vostalová J: Door ultraviolet licht veroorzaakte verandering van de huid. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Tsjechië. 2006, 150: 25-38. 10.5507/bp.2006.003.

Emir UE, Kurzaz IA: een geïntegreerd model voor melanocyt-specifieke genexpressie en melanogenese. Signaal Transd. 2003, 5-6: 209-217.

De Lucca M, Siegrist W, Bondanza S, Mathor M, Cancedda R, Eberle AN: α melanocytstimulerend hormoon (α-MSH) stimuleert de normale groei van menselijke melanocyten door zich te binden aan receptoren met hoge affiniteit. J Cell Sci. 1993, 105: 1079-1084.

Halliwell B, Gutteridge JMC: vrije radicalen in biologie en geneeskunde. 2007, Osford: Oxford University Press, 4

Chiva-Blanch G, Visioli F: Polyfenolen en gezondheid: verder gaan dan antioxidanten. J Berry Res. 2012, 2:63-71.

Niki E: Antioxidant capaciteit: welke capaciteit en hoe te beoordelen?. J Berry Res. 2011, 1:169-176.

Baurin N, Arnoult E, Scior T, Do QT, Bernard P: Voorlopige screening van sommige tropische planten op anti-tyrosinase-activiteit. J Ethnopharmacol. 2002, 2: 155-158.

Dinkova-Kostova AT: Fytochemicaliën als beschermers tegen ultraviolette straling: veelzijdigheid van effecten en mechanismen. Planta Med. 2008, 74: 1548-1559. 10.1055/s-2008-1081296.

Kim YJ, Uyama H: Tyrosinaseremmers uit natuurlijke en synthetische bronnen: structuur, remmingsmechanisme en perspectief voor de toekomst. Cel Mol Leven Sci. 2005, 62: 1707-1723. 10.1007/s00018-005-5054-j.

Nichols JA, Katiyar SK: Huidbescherming door natuurlijke polyfenolen: ontstekingsremmende, antioxiderende en DNA-herstelmechanismen. Arch Dermatol Res. 2010, 302: 712-783.

Korac RR, Khambholja KM: Potentieel van kruiden in huidbescherming tegen ultraviolette straling. Pharmacogn Rev. 2011, 5: 164-173. 10.4103/0973-7847.91114.

Raal A, Pokk P, Arend A, Aunapuu M, Jõgi J, Ôkva K, Püssa T: Farmacokinetiek van hydroxystilbenen van Rheum rhaponticum L. Eur J Pharm Sci. 2007, 32: S24-

Raal A, Pokk P, Arend A, Aunapuu M, Jõgi J, Ôkva K, Püssa T: Trans-resveratrol alleen en hydroxystilbenen van rabarber (Rhueum rhaponticum L.) wortel verminderen leverschade veroorzaakt door chronische toediening van ethanol: een vergelijkend onderzoek bij muizen . Phytother Res. 2009, 23: 525-532. 10.1002/ptr.2665.

Wober J, Möller F, Richter T, Unger C, Weigt C, Jandausch A, Zierau O, Rettenberger R, Kaszkin-Bettag M, Vollmer G: Activering van oestrogeenreceptor-β door een speciaal extract van Rheum rhaponticum (ERr 731®) , zijn aglyconen en structureel verwante verbindingen. J Steroïde Biochem Mol Biol. 2007, 107: 191-201. 10.1016/j.jsbmb.2007.04.002.

Kim YM, Yun J, Lee CK, Lee H, Min KR, Kim Y: Oxyresveratrol en hydroxystilbeenverbindingen. Remmend effect op tyrosinase en werkingsmechanisme. J Biol Chem. 2002, 277: 16340-16344. 10.1074/jbc.M200678200.

Liu Y, Chan F, Sun H, Yan J, Fan D, Zhao D, An J, Zhou D: Resveratrol beschermt menselijke keratinocyten HaCaT-cellen tegen UVA-geïnduceerde oxidatieve stressschade door de Keap1-expressie te verlagen. EurJ Pharmacol. 2011, 650: 130-137. 10.1016/j.ejphar.2010.10.009.

Silveira JEPS, Pereda MCV, Eberlin S, Diemant GC, Di Stasi LC: effecten van Coccoloba uvifera L. op UV-gestimuleerde melanocyten. Photodermatol Photoimmunol Photomed. 2008, 24: 308-313. 10.1111/j.1600-0781.2008.00382.x.

Peigen X, Liyi H, Liwei W: etnofarmacologische studie van Chinese rabarber. J Ethnopharmacol. 1984, 10: 275-293. 10.1016/0378-8741(84)90016-3.

Witaicenis A, Seito LN, Di Stasi LC: Intestinale ontstekingsremmende activiteit van esculetine en 4-methylesculetine in het trinitrobenzeensulfonzuurmodel van colitis bij ratten. Chem Biol Interact. 2010, 186: 211-218. 10.1016/j.cbi.200.03.045.

Stocks J, Gutterid JM, Sharp RJ, Dormandy TL: Assay met hersenhomogenaat voor het meten van de antioxidantactiviteit van biologische vloeistoffen. Clin Sci Mol Med. 1974, 47: 215-222.

Blois MS: Antioxidantbepalingen door het gebruik van een stabiele vrije radicaal. Natuur. 1958, 26: 1199-1200.

Lee SH, Choi SY, Kim H, Hwang JS, Lee BG, Gao JJ, Kim S: Mulberroside F geïsoleerd uit de bladeren van Morus alba remt de biosynthese van melanine. Biol Pharm Bull. 2002, 25: 1045-1048. 10.1248/bpb.25.1045.

Mosmann T: Snelle colorimetrische test voor cellulaire groei en overleving: toepassing op proliferatie- en cytotoxiciteitstests. J Immunol Meth. 1983, 65: 55-63. 10.1016/0022-1759(83)90303-4.

Petit L, Piérard GF: Herziening van huidverlichtende producten. Int J Cosmet Sci. 2003, 25: 169-181. 10.1046/j.1467-2494.2003.00182.x.

Afaq F, Mukhtar AF: Botanische antioxidanten bij de preventie van fotocarcinogenese en fotoveroudering. Exp Dermatol. 2006, 15: 678-684. 10.1111/j.1600-0625.2006.00466.x.

Lin J, Fisher DE: Melanocytbiologie en huidpigmentatie. Natuur. 2007, 445: 843-850. 10.1038/natuur05660.

Ito S, Wakamatsu K, Ozeki H: Chemische analyse van melanines en de toepassing ervan op de studie van de regulatie van melanogenese. Pigment Cell Res. 2000, 13: 103-109. 10.1034/j.1600-0749.13.s8.19.x.

Chackraborty AK, Funasaka Y, Slominski A, Ermak G, Juang J, Pawelek JM, Ichihashi M: Productie en afgifte van pro-piomelanocortine (POMC) afgeleide peptiden door menselijke melanocyten en keratinocytencultuur: regulatie door ultraviolet B. Biochim Biophys Acta. 1996, 1313: 130-138. 10.1016/0167-4889(96)00063-8.

Tsatmali M, Ancans J, Thody AJ: Melanocytfunctie en de controle ervan door melanocortine-peptiden. J Histochem Cytochem. 2002, 50: 125-133. 10.1177/002215540205000201.

Tsatmali M, Ancans J, Yukitake J, Thody AJ: Skin POMC-peptiden: hun acties op de menselijke MC-1-receptor en rollen in de bruiningsreactie. Pigment Cell Res. 2000, 13: 125-129. 10.1034/j.1600-0749.13.s8.22.x.

Lerner AB, McGuire JS: Effect van alfa- en bèta-melanocytstimulerend hormoon op de huidskleur van de mens. Natuur. 1961, 189: 176-179. 10.1038/189176a0.

Yanase H, Ando H, Horikawa M, Watanabe M, Mori T, Matsuda N: Mogelijke betrokkenheid van ERK ½ bij UVA-geïnduceerde melanogenese in gekweekte normale menselijke epidermale melanocyten. Varkenscel res. 2001, 10: 103-109.

Reagan-Shaw S, Mukthar H, Ahmad N: Resveratrol verleent fotoprotectie van normale cellen en verbetert de werkzaamheid van bestralingstherapie in kankercellen. Photochem Photobiol. 2008, 84: 415-421. 10.1111/j.1751-1097.2007.00279.x.

Ohno O, Watanabe T, Nakamura K, Kawagoshi M, Uotsu N, Chiba T, Yamada M, Yamaguchi K, Yamada K, Miyamoto K, Uemura D: remmende effecten van bakuchiol, bavachin en isobavachalcone geïsoleerd uit Piper longum op melanineproductie in B16 melanoomcellen van muizen. Biosci Biotechnol Biochem. 2010, 74: 1504-1506. 10.1271/bbb.100221.

Roh E, Yun CY, Lee JW, Lee C, Hwang BY, Oh ST, Jung SH, Han SB, Kim Y: Hypopigmenterende activiteit van bisabolangelone geïsoleerd uit Angelica koreana Maxim. in α-melanocytstimulerend hormoon-geactiveerde B16- of melan-a-cellen. Planta Med. 2011, 77: 248-251. 10.1055/s-0030-1250285.

Yun CY, Kim D, Lee WH, Park YM, Lee SH, Na M, Jahng Y, Hwang BY, Lee MK, Han SB, Kim Y: Torilin van Torilis japonica remt de melanineproductie in α-melanocytstimulerend hormoon-geactiveerd B16-melanoom cellen. Planta Med. 2009, 75: 1505-1508. 10.1055/s-0029-1185803.

Slominski A, Paus R, Schadendorf D: Melanocyten als "sensorische" en regulerende cellen in de epidermis. J Theor Biol. 1993, 164: 103-120. 10.1006/jtbi.1993.1142.

Haycock JW, Rowe SJ, Cartlewdge S, Wyatt A, Ghanem G, Morandini R, Rennie IG, MacNeil S: α-melanocytstimulerend hormoon vermindert de impact van pro-inflammatoire cytokine en door peroxide gegenereerde oxidatieve stress op keratinocyten en melanoomcellijnen. J Biol Chem. 2000, 275: 15629-15636. 10.1074/jbc.275.21.15629.

Kim SJ, Son KH, Chang HW, Kang SS, Kim HP: Tyrosinase-remmende geprenyleerde flavonoïden van Sophora flavescens. Biol Pharm Bull. 2003, 26: 1348-1350. 10.1248/bpb.26.1348.

Nerya O, Vaya J, Musa R, Izrael S, Ben-Aire R, Tamir S: Glabrene en isoiquiritigenin als tyrosinaseremmers van zoethoutwortels. J Agric Food Chem. 2003, 51: 1201-1207. 10.1021/jf020935u.

Afaq F, Mukhtar H: effecten van zonnestraling op cutane ontgiftingsroutes. J Photochem Photobiol B Biol. 2001, 6:61-69.

Bickers DR, Athar M: Oxidatieve stress bij de pathogenese van huidziekte. J Invest Dermatol. 2006, 126: 2565-2575. 10.1038/sj.jid.5700340.

Finklel T, Holbrook NJ: Oxidanten, oxidatieve stress en de biologie van veroudering. Natuur. 2000, 408: 239-247. 10.1038/35041687.

Adhami VM, Syed AN, Khan N, Afaq F: Fytochemicaliën voor de preventie van door zonne-ultraviolette straling veroorzaakte schade. Photochem Photobiol. 2008, 84: 489-500. 10.1111/j.1751-1097.2007.00293.x.

Öztürk M, Aydogmus-Öztürk F, Duru ME, Topçu G: Antioxiderende werking van stengel- en wortelextracten van rabarber (Rheum ribes): een eetbare medicinale plant. Voedsel Chem. 2007, 103: 623-630. 10.1016/j.foodchem.2006.09.05.

Pre-publicatie geschiedenis

De pre-publicatiegeschiedenis van dit artikel is hier te vinden: http://www.biomedcentral.com/1472-6882/13/49/prepub


Western-blot-analyse

Na behandeling met SAL werden eiwitten uit A375-cellen geëxtraheerd en geanalyseerd met Western-blot. Het kweekmedium werd afgezogen, elke schaal werd gewassen met PBS en de lysisbuffer die proteaseremmers bevatte werd toegevoegd om het cellysaat te verkrijgen. De eiwitconcentratie werd bepaald met behulp van de BCA-methode en de eiwitten werden gescheiden door natriumdodecylsulfaat-polyacrylamidegelelektroforese (SDS-PAGE). Vervolgens werden de eiwitten overgebracht naar een polyvinylideenfluoride (PVDF) membraan geactiveerd door methanol. Na blokkering met 5% magere melkpoeder werden de membranen geïncubeerd met primaire antilichamen tegen P4HB (Abcam, 1:1000), IRF1 (CST, 1:1000), TYR (Affinity, 1:1000 verdunning), USF1 (Abcam, 1 :1000), ubiquitine (Ub, Affinity, 1:1000), histon H3 (Affinity, 1:1000), of glyceraldehyde 3-fosfaatdehydrogenase (GAPDH, Affinity, 1:1000). De monsters werden een nacht bij 4 ° 176C met primair antilichaam geïncubeerd. Na het uitwassen van het primaire antilichaam werd het PVDF-membraan verder geïncubeerd met met mierikswortelperoxidase gemerkte secundaire antilichamen (Affinity, 1:5000). Ten slotte werden de doeleiwitten gevisualiseerd met behulp van verbeterde chemiluminescentie-substraatreagentia (Millipore, VS).


1. Bastonini E, Kovacs D, Picardo M. Huidpigmentatie en pigmentstoornissen: focus op epidermale/dermale overspraak. Ann Dermatol. 201628:279-89

2. Kim M, Han JH, Kim JH, Park TJ, Kang HY. Uitgescheiden frizzled-gerelateerd eiwit 2 (sFRP2) functioneert als een melanogene stimulator De rol van sFRP2 bij UV-geïnduceerde hyperpigmentaire aandoeningen. J Invest Dermatol. 2016136:236-44

3. Copp'233 JP, Desprez PY, Krtolica A, Campisi J. Het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype: de donkere kant van tumoronderdrukking. Annu Rev Pathol. 20105:99-118

4. Tchkonia T, Zhu Y, van Deursen J, Campisi J, Kirkland JL. Cellulaire senescentie en het senescente secretoire fenotype: therapeutische mogelijkheden. J Clin Invest. 2013123:966-72

5. Kim YH, Choi YW, Lee JH, Soh EY, Kim JH, Park TJ. Senescente tumorcellen leiden de collectieve invasie bij schildklierkanker. Nat Comm. 20178:15208

6. Mine S, Fortunel NO, Pageon H, Asselineau D. Veroudering verandert functioneel menselijke dermale papillaire fibroblasten, maar niet reticulaire fibroblasten: een nieuwe kijk op huidmorfogenese en veroudering. PLoS Een. 20083:e4066

7. Copp'233 JP, Patil CK, Rodier F, Krtolica A, Beaus'233jour CM, Parrinello S. et al. Een mensachtig senescentie-geassocieerd secretoir fenotype is geconserveerd in muizencellen die afhankelijk zijn van fysiologische zuurstof. PLoS Een. 20105:e9188

8. Velarde MC, Demaria M. Gericht op verouderde cellen: mogelijke implicaties voor het vertragen van huidveroudering. Gerontologie. 201662:513-8

9. Ghosh K, Capell BC. Het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype: kritische effector bij huidkanker en veroudering. J Invest Dermatol. 2016136:2133-9

10. Waldera Lupa DM, Kalfalah F, Safferling K, Boukamp P, Poschmann G, Volpi E. et al. Karakterisering van huidveroudering-geassocieerde uitgescheiden eiwitten (SAASP) geproduceerd door dermale fibroblasten geïsoleerd uit intrinsiek verouderde menselijke huid. J Invest Dermatol. 2015135:1954-68

11. Fisher GJ, Kang S, Varani J, Bata-Csorgo Z, Wan Y, Datta S. et al. Mechanismen van fotoveroudering en chronologische huidveroudering. Boog Dermatol. 2002138:1462-70

12. Quan T, He T, Voorhees JJ, Fisher GJ. UV-straling blokkeert cellulaire reacties op transformerende groeifactor bèta door de type II-receptor te downreguleren en Smad7 te induceren. J Biol Chem. 2001276:26349-56

13. Salducci M, Andr'233 N, Gu'233r'233 C, Martin M, Fitoussi R, Vi'233 K, Cario-Andr'233 M. et al. Factoren die worden uitgescheiden door bestraalde oude fibroblasten induceren zonne-lentigo in gepigmenteerde gereconstrueerde epidermis. Pigmentcelmelanoom Res. 201427:502-4

14. Kovacs D, Cardinali G, Aspite N, Cota C, Luzi F, Bellei B. et al. De rol van van fibroblasten afgeleide groeifactoren bij het reguleren van hyperpigmentatie van zonne-lentigo. BrJ Dermatol. 2010163:1020-7

15. Dimri GP, Lee X, Basile G, Acosta M, Scott G, Roskelley C. et al. Een biomarker die senescente menselijke cellen in kweek en in verouderende huid in vivo identificeert. Proc Natl Acad Sci. 199592:9363-7

16. Kim HS, Song MC, Kwak IH, Park TJ, Lim IK. Constitutieve inductie van p-Erk1/2 vergezeld van verminderde activiteiten van eiwitfosfatasen 1 en 2A en MKP3 als gevolg van reactieve zuurstofsoorten tijdens cellulaire veroudering. J Biol Chem. 2003278:37497-510

17. Brenner M, Coelho SG, Beer JZ, Miller SA, Wolber R, Smuda C. et al. Langdurige moleculaire veranderingen in de menselijke huid na herhaalde in situ UV-bestraling. J Invest Dermatol. 2009129:1002-11

18. Teixid'243 J, Mart'237nez-Moreno M, D'237az-Mart'237nez M, Sevilla-Movilla S. De goede en slechte gezichten van de CXCR4-chemokinereceptor. Int J Biochem Cell Biol. 201795:121-31

19. Zgraggen S, Huggenberger R, Kerl K, Michael D. Een belangrijke rol van de SDF-1/CXCR4-as bij chronische huidontsteking. PLoS Een. 20149:e93665

20. Ruiz EJ, Oeztuerk-Winder F, Ventura JJ. Een paracrien netwerk regelt de overspraak tussen menselijke longstamcellen en het stroma. Nat Comm. 20145:3175

21. Gr'246nniger E, Weber B, Heil O, Peters N, St'228b F, Wenck H. et al. Veroudering en chronische blootstelling aan de zon veroorzaken duidelijke epigenetische veranderingen in de menselijke huid. PLoS Genet. 20106:e1000971

22. Koch CM, Suschek CV, Lin Q, Bork S, Goergens M, Joussen S. et al. Specifieke leeftijdsgebonden DNA-methylatieveranderingen in menselijke dermale fibroblasten. PLoS Een. 20116:e16679

23. Qian H, Xu X. Vermindering van DNA-methyltransferasen en verandering van DNA-methylatiepatroon geassocieerd met veroudering van de huid van muizen. Exp Dermatol. 201423:357-9

24. Moulin L, Cenizo V, Antu AN, André V, Pain S, Sommer P. et al. Methylering van LOXL1-promotor door DNMT3A in verouderde menselijke huidfibroblasten. Verjonging Res. 201720:103-10

25. Wendt MK, Johanesen PA, Kang-Decker N, Binion DG, Shah V, Dwinell MB. Silencing van epitheliale CXCL12-expressie door DNA-hypermethylering bevordert metastase van coloncarcinoom. oncogeen. 200625:4986-97

26. Moskovits N, Kalinkovich A, Bar J, Lapidot T, Oren M. p53 verzwakt de migratie en invasie van kankercellen door onderdrukking van SDF-1 / CXCL12-expressie in stromale fibroblasten. Kanker onderzoek. 200666:10671-6

27. Maroni P, Bendinelli P, Matteucci E, Desiderio MA. HGF induceert CXCR4- en CXCL12-gemedieerde tumorinvasie via Ets1 en NF-kappaB. Carcinogenese. 200728:267-79

28. el-Domyati M, el-Ammawi TS, Medhat W, Moawad O, Brennan D, Mahoney MG. et al. Radiofrequentie gezichtsverjonging: Evidence-based effect. J Am Acad Dermatol. 201164:524-35

29. Seo KY, Yoon MS, Kim DH, Lee HJ. Huidverjonging door fractionele radiofrequentiebehandeling met micronaalden in de Aziatische huid: klinische en histologische analyse. Lasers Surg Med. 201244:631-6

30. Na J, Zheng Z, Dannaker C, Lee SE, Kang JS, Cho SB. Elektromagnetische initiatie en verspreiding van bipolaire radiofrequente weefselreacties via invasieve niet-geïsoleerde micronaaldelektroden. Wetenschappelijke Rep. 20155:16735

31. Spandau DF, Lewis DA, Somani AK, Travers JB. Gefractioneerde laserresurfacing corrigeert de ongepaste UVB-respons in de geriatrische huid. J Invest Dermatol. 2012132:1591-6

32. Goyarts E, Muizzuddin N, Maes D, Giacomoni PU. Morfologische veranderingen geassocieerd met veroudering: ouderdomsvlekken en het micro-inflammatoire model van huidveroudering. Ann NY Acad Sci. 20071119:32-9

33. Yonei N, Kaminaka C, Kimura A, Furukawa F, Yamamoto Y. Twee patronen van zonne-lentigines: een histopathologische analyse van 40 Japanse vrouwen. J Dermatol. 201239:829-32

34. Shin J, Park JY, Kim SJ, Kang HY. Kenmerken van keratinocyten in zonne-lentigo in het gezicht met afgeplatte rete-ribbels: vergelijking met melasma. Clin Exp Dermatol. 201540:489-94

35. Chen N, Hu Y, Li WH, Eisinger M, Seiberg M, Lin CB. De rol van keratinocytgroeifactor bij melanogenese: een mogelijk mechanisme voor de initiatie van zonne-lentigines. Exp Dermatol. 201019:865-72

36. Goorochurn R, Viennet C, Tissot M, Locatelli F, Granger C, Varin-Blank N. et al. Differentiële morfologische en functionele kenmerken van fibroblasten geëxplanteerd uit zonne-lentigo. BrJ Dermatol. 2017177:109-11

37. Hasegawa K, Fujiwara R, Sato K, Shin J, Kim SJ, Kim M. et al. Mogelijke betrokkenheid van keratinocytgroeifactor bij de persistentie van hyperpigmentatie in zowel menselijke zonne-lentigines als melasma. Ann Dermatol. 201527:626-9

38. Choi W, Yin L, Smuda C, Batzer J, Hoorzitting VJ, Kolbe L. Moleculaire en histologische karakterisering van ouderdomsvlekken. Exp Dermatol. 201726:242-8

39. Speeckaert R, Ongenae K, van Geel N. Veranderingen van CXCL12 in serum van patiënten met vitiligo. J Invest Dermatol. 2017137:1586-8

40. Lee J, Kim M, Park TJ, Kang HY. Van fibroblasten afgeleide clusterine reguleert negatief pigmentatie. J Invest Dermatol. 2017137:1812-5

41. Natarajan VT, Ganju P, Singh A, Vijayan V, Kirty K, Yadav S. et al. IFN-γ-signalering handhaaft homeostase van huidpigmentatie door regulatie van melanosoomrijping. Proc Natl Acad Sci USA. 2014111:2301-10

42. Mignon C, Uzunbajakava NE, Raafs B, Botchkareva NV, Tobin DJ. Fotobiomodulatie van menselijke dermale fibroblasten in vitro: beslissende rol van celcultuuromstandigheden en behandelingsprotocollen op experimentele uitkomst. Wetenschappelijke Rep. 20177:2797

43. Tigges J, Krutmann J, Fritsche E, Haendeler J, Schaal H, Fischer JW. et al. De kenmerken van fibroblastveroudering. Mech Veroudering Dev. 2014138:26-44