Zerumbone, un sesquiterpè de gingebre tropical de Zingiber Officinale Roscoe, atenua la melanogènesi induïda per MSH a les cèl·lules B16F10 Part 1

Resum:Zerumbone (ZER), un constituent actiu de la família de les Zingiberaceae, s'ha demostrat que presenta diverses activitats biològiques, com ara antiinflamatòries, antial·lèrgiques, antimicrobianes i anticancerígenes; tanmateix, no s'ha estudiat per propietats anti-melanogèniques. En el present estudi, demostrem que ZER i Zingiber són extractes oficinals (ZO) que atenuen significativament l'acumulació de melanina a les cèl·lules B16F10 melanogèniques del ratolí estimulades per l'hormona estimulant de melanòcits (-MSH). A més, per dilucidar el mecanisme molecular pel qual ZER suprimeix l'acumulació de melanina, es va analitzar l'expressió del factor de transcripció associat a la melanogènesi, el factor de transcripció associat a la microftàlmia (MITF) i els seus gens objectiu, com la tirosinasa, la proteïna relacionada amb la tirosinasa 1 ( TYRP1) i la proteïna 2 relacionada amb la tirosinasa (TYRP2), a les cèl·lules B16F10 que són estimulades per -MSH. Aquí, vam trobar que ZER inhibeix l'expressió mediada per MITF de gens melanogènics a l'estimulació -MSH. A més, les cèl·lules tractades amb diferents concentracions de zerumbone i ZO van mostrar un augment de la fosforilació extracel·lular de les cinases 1 i 2 (ERK1/2), que estan implicades en el mecanisme de degradació de MITF. La inhibició farmacològica d'ERK1/2 utilitzant U0126 va revertir suficientment l'efecte anti-melanogènic de ZER, cosa que suggereix que es requereix una fosforilació augmentada d'ERK1/2 per a la seva activitat anti-melanogènica. En conjunt, aquests resultats suggereixen que els extractes ZER i ZO es poden utilitzar com a ingredients actius en cosmètics per blanquejar la pell a causa del seu efecte anti-melanogènic.

Segons estudis rellevants, el cistanche és una herba comuna que es coneix com "l'herba miracle que allarga la vida". El seu component principal éscistanòsid, que té diversos efectes com araantioxidant,antiinflamatori, i promoció de la funció immune. El mecanisme entrecistancheiblanqueig de la pellrau en l'efecte antioxidant del cistancheglucòsids. La melanina a la pell humana es produeix per l'oxidació de la tirosina catalitzada pertirosinasa, i la reacció d'oxidació requereix la participació d'oxigen, de manera que els radicals lliures d'oxigen del cos esdevenen un factor important que afecta la producció de melanina. Cistanche conté cistanòsid, que és un antioxidant i pot reduir la generació de radicals lliures al cos, per tantinhibint la producció de melanina.

Feu clic a Com s'utilitza Cistanche

Per a més informació:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

Paraules clau:zerumbone; Zingiber officinal Roscoe; melanogènesi; MITF; ERK1/2

1. Introducció

La melanogènesi, la producció de melanina pels melanòcits epidèrmics, és estimulada per l'hormona estimulant dels melanòcits (-MSH) que segrega els queratinòcits després de l'exposició a la radiació ultraviolada (UV) [1,2]. El factor de cèl·lules mare (SCF) és un altre factor melanogènic que controla estrictament la migració, la proliferació i la diferenciació dels melanòcits per mantenir la melanogènesi cutània postnatal [3]. El factor de transcripció associat a la microftàlmia (MITF), que és un factor de transcripció melanogènic, s'activa mitjançant la via de senyalització cAMP-PKA-CREB (proteïna d'unió a l'element de resposta d'adenosina monofosfat-proteïna cíclica A-cAMP) després de l'estimulació de -MSH mitjançant el receptor de melanocortina 1 (MC1R) a les membranes citoplasmàtiques dels melanòcits epidèrmics [4]. Se sap que diverses substàncies químiques, com la forskolina i IBMX (3-isobutil-1-metilxantina), activen la via de senyalització cAMP-PKA-CREB, donant lloc a la inducció de la melanogènesi [5]. Diversos estudis han revelat que l'activació sostinguda de les quinases extracel·lulars regulades 1 i 2 (ERK1/2), que està implicada en el mecanisme molecular de l'oncogènesi, promou la fosforilació de MITF a Ser73 i la seva degradació posterior mitjançant proteòlisi dependent de la ubiquitina [6,7] ]. De fet, s'ha informat que U0126, un inhibidor selectiu de la via ERK1/2, augmenta l'expressió de MITF i l'activitat de la tirosinasa, donant lloc a la producció de melanina [6]. El MITF estabilitzat i activat augmenta l'expressió de gens melanogènics, com la tirosinasa, la proteïna relacionada amb la tirosinasa 1 (TYRP1) i la proteïna relacionada amb la tirosinasa 2 (TYRP2). La transformació de la tirosina en 3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA), que és el pas inicial de la melanogènesi, és catalitzada per la tirosinasa. Les proteïnes relacionades amb la tirosinasa (TRP) catalitzen més reaccions d'oxidació i tautomerització [8]. Després de la síntesi de melanina, la melanina madura es transporta des dels melanòcits epidèrmics al citoplasma dels queratinòcits basals per protegir les cèl·lules de la radiació UV [2].

L'augment anormal de la melanogènesi causa múltiples tipus de trastorns de la pell, com ara càncer de pell, cloasma i pigues [4]; així, s'han identificat molècules petites o productes naturals que tenen com a objectiu l'activitat catalítica de la tirosinasa o els reguladors de les vies de senyalització en la melanogènesi, inclòs ERK1/2, o la transcripció de gens melanogènics mediada per MITF, com a ingredients actius per ser explotats en la cosmètica. indústria. Diverses molècules petites, com l'àcid cògic, l'arbutina i la niacinamida, s'utilitzen àmpliament com a ingredients cosmètics a causa de les seves activitats anti-melanogèniques. Tanmateix, els informes han demostrat que l'àcid cògic causa múltiples efectes secundaris, com ara citotoxicitat, dermatitis, càncer de pell i carcinoma hepatocel·lular, a causa de la seva activitat genotòxica [9]. Tot i que l'arbutina que es va aïllar de la planta d'uba s'ha utilitzat per tractar el trastorn d'hiperpigmentació, recentment, el seu ús com a ingredient cosmètic s'ha restringit a causa dels seus diversos efectes secundaris [9]. S'ha informat que la niacinamida té una activitat anti-melanogènica i aquesta activitat es realitza inhibint la transferència de melanosomes dels melanòcits als queratinòcits circumdants [10]. Per tant, s'ha utilitzat generalment com a compost per blanquejar la pell a la indústria cosmètica. Per superar les limitacions dels agents blanquejants de la pell establerts que tenen diversos efectes secundaris, és important desenvolupar ingredients segurs per blanquejar la pell derivats de fonts naturals. Per exemple, -tujaplicina, linderanolida B, 4-butil resorcinol i plumbagina s'han identificat com a compostos anti-melanogènics a causa dels seus efectes inhibidors de la tirosinasa [4,11]. La nobiletina, la withaferina A, el sesamol i la chaetocina presenten propietats anti-melanogèniques modulant els intermedis de senyalització en la via de la melanogènesi [11].

Zerumbone (ZER) és un producte natural, que s'aïlla dels olis essencials volàtils de plantes de la família Zingiberaceae, com Zingiber zerumbet Smith i Zingiber officinal Roscoe [12]. Diversos estudis han demostrat que ZER té una àmplia gamma d'activitats biològiques, incloses activitats antimicrobianes, antioxidants, antidiabètiques, anticancerígenes, antiinflamatòries, antial·lèrgiques i antiangiogèniques [12]. Curiosament, s'ha demostrat que ZER exerceix un efecte protector contra el dany oxidatiu induït per l'ultraviolat A (UVA) en els queratinòcits de la pell, a causa de la seva capacitat per eliminar les espècies reactives d'oxigen (ROS) mitjançant l'activació del factor nuclear E{{8} }factor relacionat-2 (Nrf2) [1,13]. Això suggereix que ZER es pot utilitzar com a additiu funcional en cosmètics per a la cura de la pell. Tanmateix, encara no s'ha estudiat el mecanisme detallat de les propietats anti-melanogèniques de l'acció ZER.

En el present estudi, es van estudiar els efectes inhibidors de l'extracte ZER i Zingiber officinal (ZO) sobre la melanogènesi estimulada per -MSH i els seus mecanismes subjacents. Aquí, mostrem que ZER suprimeix significativament la melanogènesi induïda per -MSH regulant la fosforilació d'ERK1/2 i inhibint l'expressió de gens melanogènics mediada per MITF.

2. Resultats

2.1. Zerumbone (ZER) suprimeix la melanogènesi induïda per MSH en cèl·lules de melanoma de ratolí B16F10

Per estudiar l'efecte anti-melanogènic de zerumbone (ZER), inicialment vam avaluar la seva citotoxicitat tant a les cèl·lules B16F10 com a HaCaT. L'estructura química de ZER es mostra a la figura 1A. Es va observar que ZER a concentracions superiors a 20 µM presentava un fort efecte citotòxic, mentre que, a menys de 20 µM, ZER no mostrava citotoxicitat en ambdues línies cel·lulars (figura 1B). A continuació, es van investigar els efectes inhibidors de ZER sobre l'acumulació i secreció de melanina induïda per l'hormona estimulant dels melanòcits (-MSH) a les cèl·lules B16F10. Es va demostrar que ZER suprimeix fortament l'acumulació intracel·lular de melanina induïda per -MSH i la seva secreció al medi de cultiu (figura 1C, D). A més, vam trobar que ZER atenua la melanogènesi amb més eficàcia que 1 mM d'arbutina o 0,2 mM d'àcid cògic, els components actius coneguts dels cosmètics per blanquejar la pell (figura 1D). Per dilucidar si ZER és suficient per suprimir la melanogènesi a les cèl·lules humanes, hem utilitzat cèl·lules de melanoma humà G361 productores de melanina. Com es mostra a la figura 1E, ZER disminueix significativament el contingut de melanina extra i intracel·lular induït pel factor de cèl·lules mare (SCF). Aquests resultats confirmen l'activitat anti-melanogènica de ZER en cèl·lules melanogèniques de ratolí B16F10 i G361 humanes.

2.2. Zerumbone suprimeix l'expressió gènica del factor de transcripció de la melanogènesi, MITF i els seus gens objectiu a les cèl·lules de melanoma humà G361 

S'ha informat que l'endotelina -1 i la senyalització SCF tenen un paper essencial en la melanogènesi en melanòcits humans i en diversos subtipus de melanoma [3,14–16]. En aquest estudi, vam trobar que ZER suprimeix la melanogènesi sobre estímuls melanogènics, -MSH i SCF, en cèl·lules de melanoma B16F10 i humans G361 del ratolí (figura 1).

Així, vam mesurar alteracions en els nivells d'expressió de gens i proteïnes relacionades amb la melanogènesi després de l'estimulació de SCF a les cèl·lules de melanoma humà G361. Vam trobar que ZER atenua l'expressió de proteïnes MITF i tirosinasa induïda per SCF 2-4 h i 24-48 h després de l'estimulació SCF, respectivament (figura 2A). A més, es va suprimir l'expressió gènica de gens relacionats amb la melanogènesi, com el MITF, la tirosinasa i la proteïna 1 relacionada amb la tirosinasa (TYRP1) a les cèl·lules G361 tractades amb ZER (figura 2B, C). Aquests resultats van revelar el temps màxim per a l'expressió de gens relacionats amb la melanogènesi després de l'estimulació de SCF; La inducció màxima de l'ARNm de MITF es va observar en 1-2 h i es va observar que els nivells d'ARNm de tirosinasa i TYRP1 arribaven al seu màxim 24-48 h després de l'estimulació SCF.

2.3. Zerumbone suprimeix l'expressió dels gens i enzims melanogènics a les cèl·lules B16F10 del ratolí

Per investigar el mecanisme molecular pel qual ZER suprimeix la melanogènesi, vam mesurar l'expressió gènica del factor de transcripció de la melanogènesi, MITF, i els seus gens objectiu, com la proteïna relacionada amb la tirosinasa 1 (TYRP1), la tirosinasa i la proteïna relacionada amb la tirosinasa 2 (TYRP2) en absència o presència de ZER. Atès que el temps màxim per a l'expressió de gens relacionats amb la melanogènesi a l'estimulació SCF i -MSH es coneix per a les cèl·lules de melanoma G361 humana (Figura 2) i B16F10 del ratolí [4], respectivament, vam mesurar encara més l'expressió de MITF, tirosinasa, TYRP1 i TYRP2. en cèl·lules de melanoma B16F10 de ratolí tractades amb ZER després de 2 h o 48 h d'incubació amb -MSH. La figura 3A mostra que ZER és suficient per atenuar l'expressió MITF, TYRP1, TYRP2 i tirosinasa induïda per -MSH a les cèl·lules B16F10. De la mateixa manera, els nivells d'expressió de proteïnes MITF, tirosinasa i TYRP2 es van reduir amb el tractament ZER. La fosforilació de CREB mediada per proteïna cinasa A (PKA) és una via de senyalització important que augmenta el MITF a nivell transcripcional després de l'estimulació de -MSH [4]. Així, aquí, vam analitzar si la disminució de la fosforilació de CREB per ZER podria mediar la supressió de MITF. Vam trobar que la fosforilació CREB induïda per -MSH no es va veure afectada pel tractament ZER, cosa que suggereix que ZER suprimeix l'expressió MITF induïda per -MSH independent de l'eix de la via de senyalització PKA-CREB (figura 3B). Com que la tirosinasa és un enzim limitador de la velocitat, que regula la síntesi de melanina [2,4,11], vam analitzar més els nivells de proteïna tirosinasa intracel·lular i la seva activitat enzimàtica amb el tractament amb arbutina, àcid cògic i ZER. La figura 3C mostra que ZER redueix prou els nivells de proteïna tirosinasa induïts per -MSH a les cèl·lules B16F10. A més, la figura 3D revela que 10 µM ZER suprimeix l'oxidació de L-DOPA de manera més eficaç que els inhibidors de la tirosinasa, l'arbutina i l'àcid cògic, cosa que suggereix que l'oxidació de L-DOPA a dopaquinona mitjançant l'activitat enzimàtica de la tirosinasa es suprimeix a les cèl·lules tractades amb ZER. . Aquests resultats demostren que ZER atenua la melanogènesi mediada per -MSH suprimint l'expressió gènica de MITF, un factor de transcripció associat a la melanogènesi i els seus gens objectiu.

2.4. L'efecte anti-melanogènic de Zerumbone és a través de la fosforilació d'ERK1/2

Se sap que l'activació de la proteïna cinasa B (AKT) i les quinases regulades per senyal extracel·lular (ERK1/2) per factors de creixement o estímuls melanogènics suprimeixen la melanogènesi mitjançant la disminució de l'expressió de MITF i els seus gens objectiu [11]. La fosforilació de MITF a Ser73 i Ser409 en resposta a la via de senyalització ERK1/2 promou la seva degradació dependent del proteasoma [17, 18]. Per tant, vam investigar si ZER regula la fosforilació d'ERK1/2 en cèl·lules de melanoma humanes de ratolí B16F10 i G361. Es va observar un augment de la fosforilació d'ERK1/2 (p-ERK1/2) però no de l'ERK1/2 total (T-ERK1/2) durant el tractament amb ZER de manera dependent del temps i de la dosi (figura 4A, B). Curiosament, es va observar que la fosforilació d'ERK1/2 augmentava ràpidament en 10-30 min i 1-2 h després del tractament ZER en cèl·lules de melanoma B16F10 i humans G361 del ratolí (figura 4A). Tanmateix, la fosforilació d'AKT i MEK no es va observar amb el tractament ZER, cosa que suggereix que la fosforilació ERK1/2 induïda per ZER pot suprimir MITF (figura 4B). Com que la fosforilació ERK1/2 promou la fosforilació i la degradació proteasòmica de MITF [17, 18], vam investigar si l'inhibidor del proteasoma impedeix la reducció de MITF per ZER. La supressió de MITF per ZER no es va observar en presència de MG132, confirmant que ZER disminueix l'expressió de MITF mitjançant la degradació proteasòmica (figura 4C). A continuació, vam investigar si ZER fosforila MITF a Ser73, que és el residu objectiu d'ERK1/2. Per detectar el MITF fosforilat, les cèl·lules es van exposar a -MSH i MG132. Aquí, vam trobar que el MITF fosforilat (Ser73) va augmentar significativament per ZER en presència de -MSH i MG132 (figura 4D). U0126, un inhibidor selectiu de proteïna cinasa activada per mitogens (MAPK) [19], va abolir la fosforilació MITF induïda per ZER (figura 4D). A més, els nivells totals de proteïnes MITF en lisats de cèl·lules senceres (WCL) no van ser alterats per ZER i U0126 en presència de MG132 (figura 4D). Aquests resultats indiquen que la fosforilació i la degradació proteasòmica mediada per ERK1/2-MITF (Ser73) són un mecanisme crític en la supressió de MITF mediada per ZER. A més, la figura 4E mostra que U0126 va restaurar significativament els nivells de proteïna MITF reduïts a les cèl·lules tractades amb ZER. De manera consistent, la disminució del contingut de melanina intracel·lular per ZER va ser restaurada per U0126 a aproximadament un 40 per cent (figura 4F), cosa que suggereix que l'activació d'ERK1/2 és necessària per a l'efecte anti-melanogènic de ZER.

2.5. Efecte anti-melanogènic dels extractes de Zingiber Officinale (ZO).

ZER és un fitoquímic derivat de diverses espècies vegetals de la família de les Zingiberaceae, com ara Zingiber zerumbet i Zingiber officinal [12]. Així, inicialment vam mesurar la viabilitat cel·lular en absència o presència d'extracte de ZO a les cèl·lules B16F10 i HaCaT. La figura 5A mostra que la viabilitat cel·lular no es va alterar pel tractament amb extracte de ZO. Es van analitzar més els efectes anti-melanogènics de l'extracte de Zingiber officinal (ZO). Com que l'expressió de MITF i els seus gens melanogènics objectiu van ser disminuïts per ZER a través de la via de senyalització ERK1/2 activada (figures 2 i 3), vam comprovar si l'extracte de ZO suprimeix MITF induït per MSH i la seva expressió de proteïnes melanogèniques objectiu a les cèl·lules B16F10. Similar a l'efecte anti-melanogènic de ZER, MITF induït per -MSH, tirosinasa i TYRP2 es van reduir significativament per l'extracte de ZO de manera dependent de la dosi (figura 5B). Curiosament, la fosforilació ERK1/2 també es va incrementar a les cèl·lules tractades amb extracte de ZO (figura 5B). L'expressió de MITF i els seus gens objectiu, com la tirosinasa, TYRP1 i TYRP2, es va reduir significativament amb el tractament amb extracte de ZO de 5 µg/µL (figura 5C). A més, el contingut de melanina tant extracel·lular com intracel·lular es va reduir significativament a aproximadament un 40 per cent després del tractament amb extracte de ZO de 5 µg/µL (figura 5D). A més, es va observar una disminució de l'activitat de la tirosinasa a les cèl·lules que es van tractar amb extracte de ZO (figura 5E). Aquests resultats suggereixen que l'extracte de Zingiber officinal (ZO) suprimeix la melanogènesi atenuant l'expressió gènica melanogènica mediada per MITF.

Per a més informació: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501