Zerumbone, seskviterpen tropskega ingverja iz Zingiber Officinale Roscoe, zmanjša melanogenezo, ki jo povzroča -MSH, v celicah B16F10 1. del

Povzetek:Zerumbone (ZER), aktivna sestavina družine Zingiberaceae, dokazano izkazuje več bioloških aktivnosti, kot so protivnetno, protialergijsko, protimikrobno in proti raku; vendar pa niso bile raziskane njegove antimelanogene lastnosti. V tej študiji dokazujemo, da sta ZER in Zingiber officinalna (ZO) izvlečka, ki znatno zmanjšata kopičenje melanina v melanocitno stimulirajočem hormonu (-MSH) stimuliranih mišjih melanogenih celicah B16F10. Nadalje, da bi pojasnili molekularni mehanizem, s katerim ZER zavira kopičenje melanina, smo analizirali izražanje transkripcijskega faktorja, povezanega z melanogenezo, transkripcijskega faktorja, povezanega z mikroftalmijo (MITF), in njegovih ciljnih genov, kot je tirozinaza, protein 1, povezan s tirozinazo ( TYRP1) in protein 2, povezan s tirozinazo (TYRP2), v celicah B16F10, ki jih stimulira -MSH. Tukaj smo ugotovili, da ZER zavira izražanje melanogenih genov, posredovano z MITF, po stimulaciji -MSH. Poleg tega so celice, obdelane z različnimi koncentracijami zerumbona in ZO, pokazale povečano fosforilacijo ekstracelularnih signalno reguliranih kinaz 1 in 2 (ERK1/2), ki so vključene v mehanizem razgradnje MITF. Farmakološka inhibicija ERK1/2 z uporabo U0126 je dovolj obrnila antimelanogeni učinek ZER, kar kaže, da je za njegovo antimelanogeno delovanje potrebna povečana fosforilacija ERK1/2. Ti rezultati skupaj kažejo, da se lahko izvlečka ZER in ZO uporabljata kot aktivni sestavini v kozmetiki za beljenje kože zaradi njunega antimelanogenega učinka.

Glede na ustrezne študije je cistanča pogosta rastlina, ki je znana kot "čudežna rastlina, ki podaljšuje življenje". Njegova glavna sestavina jecistanozid, ki ima različne učinke kot nprantioksidant,protivnetno, in spodbujanje imunske funkcije. Mehanizem medcistancheinbeljenje koželeži v antioksidativnem učinku cistančeglikozidi. Melanin v človeški koži nastaja z oksidacijo tirozina, ki jo kataliziratirozinaza, oksidacijska reakcija pa zahteva sodelovanje kisika, zato radikali brez kisika v telesu postanejo pomemben dejavnik, ki vpliva na proizvodnjo melanina. Cistanche vsebuje cistanozid, ki je antioksidant in lahko zmanjša nastajanje prostih radikalov v telesu.zaviranje proizvodnje melanina.

Kliknite Kako uporabljati Cistanche

Za več informacij:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

Ključne besede:zerumbone; Zingiber officinal Roscoe; melanogeneza; MITF; ERK1/2

1. Uvod

Melanogenezo, proizvodnjo melanina v epidermalnih melanocitih, stimulira -melanocite stimulirajoči hormon (-MSH), ki se izloča iz keratinocitov po izpostavljenosti ultravijoličnemu (UV) sevanju [1,2]. Faktor matičnih celic (SCF) je še en melanogeni dejavnik, ki strogo nadzoruje migracijo, proliferacijo in diferenciacijo melanocitov za vzdrževanje postnatalne kožne melanogeneze [3]. Transkripcijski faktor, povezan z mikroftalmijo (MITF), ki je melanogeni transkripcijski faktor, se aktivira prek signalne poti cAMP-PKA-CREB (vezni protein odzivnega elementa ciklične adenozin monofosfat-protein kinaze A-cAMP) po stimulaciji -MSH preko receptorja melanokortina 1 (MC1R) v citoplazemskih membranah epidermalnih melanocitov [4]. Znano je, da številne kemikalije, kot sta forskolin in IBMX (3-izobutil-1-metilksantin), aktivirajo signalno pot cAMP-PKA-CREB, kar vodi do indukcije melanogeneze [5]. Več študij je razkrilo, da trajna aktivacija zunajcelično reguliranih kinaz 1 in 2 (ERK1/2), ki je vključena v molekularni mehanizem onkogeneze, spodbuja fosforilacijo MITF pri Ser73 in njegovo kasnejšo razgradnjo preko od ubikvitina odvisne proteolize [6,7]. ]. Dejansko so poročali, da U0126, selektivni zaviralec poti ERK1/2, poveča ekspresijo MITF in aktivnost tirozinaze, kar vodi do proizvodnje melanina [6]. Stabiliziran in aktiviran MITF poveča izražanje melanogenih genov, kot so tirozinaza, protein 1 (TYRP1) in protein 2 (TYRP2). Pretvorbo tirozina v 3,4-dihidroksifenilalanin (L-DOPA), ki je začetni korak melanogeneze, katalizira tirozinaza. Proteini, povezani s tirozinazo (TRP), katalizirajo nadaljnje reakcije oksidacije in tavtomerizacije [8]. Po sintezi melanina se zreli melanin transportira iz epidermalnih melanocitov v citoplazmo bazalnih keratinocitov, da zaščiti celice pred UV sevanjem [2].

Nenormalno povečana melanogeneza povzroča več vrst kožnih bolezni, kot so kožni rak, kloazma in pege [4]; tako so bile majhne molekule ali naravni izdelki, ki ciljajo bodisi na katalitično aktivnost tirozinaze bodisi na regulatorje signalnih poti v melanogenezi, vključno z ERK1/2, ali transkripcijo melanogenih genov, ki jo posreduje MITF, opredeljeni kot aktivne sestavine, ki jih je treba uporabiti v kozmetičnih izdelkih. industrija. Več majhnih molekul, kot so kojična kislina, arbutin in niacinamid, se pogosto uporabljajo kot kozmetične sestavine zaradi njihovega antimelanogenega delovanja. Vendar pa so poročila pokazala, da kojična kislina povzroča številne stranske učinke, vključno s citotoksičnostjo, dermatitisom, kožnim rakom in hepatocelularnim karcinomom, zaradi svoje genotoksične aktivnosti [9]. Čeprav se je arbutin, izoliran iz rastline medvejka, uporabljal za zdravljenje hiperpigmentacijske motnje, je bila pred kratkim njegova uporaba kot kozmetične sestavine omejena zaradi številnih neželenih učinkov [9]. Poročali so, da ima niacinamid antimelanogeno delovanje in to delovanje se izvaja z zaviranjem prenosa melanosoma iz melanocitov v okoliške keratinocite [10]. Tako se na splošno uporablja kot spojina za beljenje kože v kozmetični industriji. Za premagovanje omejitev uveljavljenih sredstev za beljenje kože, ki imajo več stranskih učinkov, je pomembno razviti varne sestavine za beljenje kože, pridobljene iz naravnih virov. Na primer, -tujaplicin, linderanolid B, 4-butil resorcinol in plumbagin so bili identificirani kot antimelanogene spojine zaradi njihovih inhibitornih učinkov na tirozinazo [4,11]. Nobiletin, withaferin A, sezamol in haetocin kažejo antimelanogene lastnosti z moduliranjem signalnih intermediatov v poti melanogeneze [11].

Zerumbone (ZER) je naravni izdelek, ki je izoliran iz hlapnih eteričnih olj rastlin iz družine Zingiberaceae, kot sta Zingiber zerumbet Smith in Zingiber officinal Roscoe [12]. Več študij je pokazalo, da ima ZER širok spekter bioloških aktivnosti, vključno z protimikrobnimi, antioksidativnimi, antidiabetičnimi, protirakavimi, protivnetnimi, antialergenimi in antiangiogenimi aktivnostmi [12]. Zanimivo je, da se je pokazalo, da ima ZER zaščitni učinek proti oksidativnim poškodbam kožnih keratinocitov, ki jih povzroča ultravijolično A (UVA), zaradi svoje sposobnosti čiščenja reaktivnih kisikovih vrst (ROS) prek aktivacije jedrskega faktorja-E{{8} }povezan faktor-2 (Nrf2) [1,13]. To nakazuje, da se ZER lahko uporablja kot funkcionalni dodatek v kozmetiki za nego kože. Vendar je treba podroben mehanizem antimelanogenih lastnosti delovanja ZER še raziskati.

V tej študiji so preučevali zaviralne učinke ZER in izvlečka Zingiber officinal (ZO) na -MSH stimulirano melanogenezo in njune osnovne mehanizme. Tukaj prikazujemo, da ZER znatno zavira -MSH inducirano melanogenezo z uravnavanjem fosforilacije ERK1/2 in zaviranjem izražanja melanogenih genov, ki ga posreduje MITF.

2. Rezultati

2.1. Zerumbone (ZER) zavira -MSH inducirano melanogenezo v celicah mišjega melanoma B16F10

Za preučevanje antimelanogenega učinka zerumbona (ZER) smo najprej ocenili njegovo citotoksičnost v celicah B16F10 in HaCaT. Kemijska struktura ZER je prikazana na sliki 1A. Ugotovljeno je bilo, da je ZER pri koncentracijah nad 20 µM pokazal močan citotoksični učinek, medtem ko pri koncentracijah pod 20 µM ZER ni pokazal citotoksičnosti v obeh celičnih linijah (slika 1B). Nato smo raziskali zaviralne učinke ZER na kopičenje in izločanje melanina v celicah B16F10, ki ga povzroča -melanocite stimulirajoči hormon (-MSH). Pokazalo se je, da ZER močno zavira intracelularno kopičenje melanina, ki ga povzroča -MSH, in njegovo izločanje v gojišče (slika 1C, D). Poleg tega smo ugotovili, da ZER ublaži melanogenezo učinkoviteje kot 1 mM arbutin ali 0,2 mM kojična kislina, dobro znani aktivni sestavini kozmetike za beljenje kože (slika 1D). Da bi pojasnili, ali ZER zadostuje za zatiranje melanogeneze v človeških celicah, smo uporabili celice človeškega melanoma G361, ki proizvajajo melanin. Kot je prikazano na sliki 1E, ZER bistveno zmanjša vsebnost zunajceličnega in znotrajceličnega melanina, ki ga povzroča faktor matičnih celic (SCF). Ti rezultati potrjujejo antimelanogeno aktivnost ZER v melanogenih mišjih B16F10 in človeških celicah G361.

2.2. Zerumbone zavira gensko izražanje transkripcijskega faktorja melanogeneze, MITF, in njegovih ciljnih genov v celicah človeškega melanoma G361 

Poročali so, da imata endotelin-1 in SCF signalizacija bistveno vlogo pri melanogenezi v človeških melanocitih in več podtipih melanoma [3,14–16]. V tej študiji smo ugotovili, da ZER zavira melanogenezo na melanogene dražljaje, -MSH in SCF, v mišjih B16F10 in človeških celicah melanoma G361 (slika 1).

Tako smo izmerili spremembe v nivojih izražanja genov in proteinov, povezanih z melanogenezo, po stimulaciji SCF v celicah človeškega melanoma G361. Ugotovili smo, da ZER oslabi ekspresijo MITF, ki jo povzroča SCF, in tirozinazne beljakovine 2–4 ure oziroma 24–48 ur po stimulaciji SCF (slika 2A). Poleg tega je bila ekspresija genov, povezanih z melanogenezo, kot so MITF, tirozinaza in protein 1 (TYRP1), povezan s tirozinazo, potlačena v celicah G361, zdravljenih z ZER (slika 2B, C). Ti rezultati so razkrili najvišji čas za izražanje genov, povezanih z melanogenezo, po stimulaciji SCF; največjo indukcijo mRNA MITF so opazili v 1–2 urah, ravni mRNA tirozinaze in TYRP1 pa so dosegle največjo vrednost 24–48 ur po stimulaciji SCF.

2.3. Zerumbone zavira ekspresijo melanogenih genov in encimov v mišjih celicah B16F10

Da bi raziskali molekularni mehanizem, s katerim ZER zavira melanogenezo, smo izmerili gensko izražanje transkripcijskega faktorja melanogeneze MITF in njegovih ciljnih genov, kot so s tirozinazo povezani protein 1 (TYRP1), tirozinaza in s tirozinazo povezani protein 2 (TYRP2) v odsotnosti ali prisotnosti ZER. Ker je najvišji čas za ekspresijo genov, povezanih z melanogenezo, pri stimulaciji SCF in -MSH znan za človeške G361 (slika 2) in mišje celice melanoma B16F10 [4], smo dodatno izmerili ekspresijo MITF, tirozinaze, TYRP1 in TYRP2 v mišjih celicah melanoma B16F10, zdravljenih z ZER, po 2 urah ali 48 urah inkubacije z -MSH. Slika 3A prikazuje, da ZER zadostuje za oslabitev -MSH-inducirane ekspresije MITF, TYRP1, TYRP2 in tirozinaze v celicah B16F10. Podobno so se po zdravljenju z ZER zmanjšale ravni ekspresije beljakovin MITF, tirozinaze in TYRP2. Fosforilacija CREB, posredovana s protein kinazo A (PKA), je glavna signalna pot, ki poveča MITF na transkripcijski ravni po stimulaciji -MSH [4]. Tako smo tukaj analizirali, ali bi lahko zmanjšana fosforilacija CREB z ZER posredovala pri zatiranju MITF. Ugotovili smo, da zdravljenje z ZER ni vplivalo na fosforilacijo CREB, ki jo povzroča -MSH, kar kaže na to, da ZER zavira ekspresijo MITF, ki jo povzroča -MSH, neodvisno od osi signalne poti PKA-CREB (slika 3B). Ker je tirozinaza encim, ki omejuje hitrost in uravnava sintezo melanina [2, 4, 11], smo dodatno analizirali znotrajcelične ravni proteina tirozinaze in njeno encimsko aktivnost pri zdravljenju z arbutinom, kojično kislino in ZER. Slika 3C kaže, da ZER zadostno zmanjša -MSH-inducirano raven proteina tirozinaze v celicah B16F10. Poleg tega slika 3D razkriva, da 10 µM ZER učinkoviteje zavira oksidacijo L-DOPA kot zaviralci tirozinaze, arbutin in kojična kislina, kar nakazuje, da je oksidacija L-DOPA v dopakinon prek encimske aktivnosti tirozinaze zavirana v celicah, obdelanih z ZER . Ti rezultati kažejo, da ZER oslabi -MSH posredovano melanogenezo z zaviranjem genske ekspresije MITF, transkripcijskega faktorja, povezanega z melanogenezo, in njegovih ciljnih genov.

2.4. Antimelanogeni učinek Zerumbona je preko fosforilacije ERK1/2

Znano je, da aktivacija protein kinaze B (AKT) in zunajceličnih signalno reguliranih kinaz (ERK1/2) z rastnimi faktorji ali melanogenimi dražljaji zavira melanogenezo z zmanjšano ekspresijo MITF in njegovih ciljnih genov [11]. Fosforilacija MITF pri Ser73 in Ser409 kot odgovor na signalno pot ERK1/2 spodbuja njegovo od proteasomov odvisno razgradnjo [17,18]. Zato smo raziskali, ali ZER uravnava fosforilacijo ERK1/2 v mišjih B16F10 in celicah človeškega melanoma G361. Pri zdravljenju z ZER so opazili povečano fosforilacijo ERK1/2 (p-ERK1/2), vendar ne celotnega ERK1/2 (T-ERK1/2), odvisno od časa in odmerka (slika 4A, B). Zanimivo je, da so opazili, da se fosforilacija ERK1/2 hitro poveča v 10–30 minutah in 1–2 urah po zdravljenju z ZER v mišjih B16F10 in človeških celicah melanoma G361 (slika 4A). Vendar fosforilacije AKT in MEK niso opazili pri zdravljenju z ZER, kar kaže, da lahko fosforilacija ERK1/2, ki jo povzroči ZER, zavre MITF (slika 4B). Ker fosforilacija ERK1/2 spodbuja fosforilacijo in proteasomsko razgradnjo MITF [17,18], smo raziskali, ali zaviralec proteasoma preprečuje zmanjšanje MITF z ZER. V prisotnosti MG132 niso opazili supresije MITF z ZER, kar potrjuje, da ZER zmanjša izražanje MITF s proteasomsko razgradnjo (slika 4C). Nato smo raziskali, ali ZER fosforilira MITF pri Ser73, ki je ciljni ostanek ERK1/2. Za odkrivanje fosforiliranega MITF so bile celice izpostavljene -MSH in MG132. Tukaj smo ugotovili, da je bil fosforilirani MITF (Ser73) znatno povečan z ZER v prisotnosti -MSH in MG132 (slika 4D). U0126, selektivni zaviralec proteinske kinaze, aktivirane z mitogenom (MAPK) [19], je odpravil fosforilacijo MITF, ki jo je povzročil ZER (slika 4D). Poleg tega ZER in U0126 v prisotnosti MG132 (slika 4D) nista spremenili ravni celotnega proteina MITF v lizatih celih celic (WCL). Ti rezultati kažejo, da je fosforilacija MITF (Ser73), posredovana z ERK1/2-, in proteasomska razgradnja kritičen mehanizem pri zatiranju MITF, posredovanem z ZER. Poleg tega slika 4E kaže, da je U0126 znatno obnovil znižane ravni beljakovin MITF v celicah, zdravljenih z ZER. Dosledno je bila zmanjšana znotrajcelična vsebnost melanina z ZER obnovljena z U0126 na približno 40 odstotkov (slika 4F), kar kaže, da je za antimelanogeni učinek ZER potrebna aktivacija ERK1/2.

2.5. Antimelanogeni učinek izvlečkov Zingiber Offificinale (ZO).

ZER je fitokemikalija, pridobljena iz več rastlinskih vrst družine Zingiberaceae, kot sta Zingiber zerumbet in Zingiber officinal [12]. Tako smo na začetku izmerili viabilnost celic v odsotnosti ali prisotnosti ekstrakta ZO v celicah B16F10 in HaCaT. Slika 5A prikazuje, da se viabilnost celic ni spremenila z obdelavo ekstrakta ZO. Nadalje smo analizirali antimelanogene učinke izvlečka Zingiber officinal (ZO). Ker je bila ekspresija MITF in njegovih ciljnih melanogenih genov zmanjšana z ZER prek aktivirane signalne poti ERK1/2 (sliki 2 in 3), smo preverili, ali ekstrakt ZO zavira -MSH-induciran MITF in ekspresijo njegovih ciljnih melanogenih proteinov v celicah B16F10. Podobno kot antimelanogeni učinek ZER, so bili -MSH-inducirani MITF, tirozinaza in TYRP2 znatno zmanjšani z ekstraktom ZO na način, ki je odvisen od odmerka (slika 5B). Zanimivo je, da se je fosforilacija ERK1/2 povečala tudi v celicah, obdelanih z ekstraktom ZO (slika 5B). Izražanje MITF in njegovih ciljnih genov, kot so tirozinaza, TYRP1 in TYRP2, se je znatno zmanjšalo po zdravljenju z izvlečkom ZO v odmerku 5 µg/µL (slika 5C). Poleg tega se je tako zunajcelična kot znotrajcelična vsebnost melanina znatno zmanjšala na približno 40 odstotkov po zdravljenju z ekstraktom ZO v odmerku 5 µg/µL (slika 5D). Poleg tega so opazili zmanjšano aktivnost tirozinaze v celicah, ki so bile obdelane z ekstraktom ZO (slika 5E). Ti rezultati kažejo, da izvleček Zingiber officinal (ZO) zavira melanogenezo z zmanjšanjem izražanja melanogenega gena, posredovanega z MITF.

Za več informacij: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501