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El efecto inhibitorio del derivado de curcumina J147 sobre la melanogénesis y el transporte de melanosomas al facilitar la degradación de MITF mediada por ERK, parte 2

Apr 07, 2023

Melanogénesis reducida J147 mediante la activación de la vía MEK/ERK en melanocitos epidérmicos humanos normales (NHEM)

A continuación, investigamos si J147 puede suprimir la melanogénesis en melanocitos epidérmicos humanos normales (NHEM). De acuerdo con los resultados de los melanocitos B16, J147 también inhibió la producción de melanina en los NHEM (Figura 6A). El análisis de transferencia Western indicó que J147 redujo el nivel de proteína de tirosinasa, miosina Va, Rab27a y Cdc42 en NHEM (Figura 6B). Además, la degradación de la proteína MITF también se facilitó después del tratamiento con J147 en NHEM (Figura 6C). También se confirmó que la activación de MEK/ERK estaba implicada en la acción antimelanogénica mediada por J147-en los NHEM (Figuras 6D, E).

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J147 Pigmentación reducida en pez cebra

La evaluación de los compuestos candidatos en función del fenotipo proporcionó datos fiables para futuros experimentos. El experimento in vivo de J147 se realizó en un modelo de pez cebra, ya que había pigmentos de melanina en la superficie del pez, lo que permite una observación simple (Choi et al., 2007). La PTU se utiliza ampliamente como control positivo en la investigación del pez cebra debido a su capacidad para inhibir la melanogénesis (Kim et al., 2008). Como se muestra en la Figura 7, J147 redujo significativamente la pigmentación corporal, al igual que el grupo de control positivo tratado con PTU.

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J147 Hiperpigmentación inducida por UVB invertida en piel de conejillo de indias

También investigamos los efectos antimelanogénicos de J147 en el modelo de hiperpigmentación inducida por UVB en cobayos marrones. J147 (1 por ciento) inhibió notablemente la pigmentación en comparación con el grupo no tratado, como se muestra en las fotografías representativas de la piel del conejillo de Indias (Figura 8A). Para evaluar más a fondo el grado de pigmentación, utilizamos un espectrofotómetro para calcular el valor L (índice de brillo). Como se muestra en la Figura 8B, el valor de ΔL del grupo J147 fue notablemente mayor después de 3 semanas de tratamiento en comparación con el grupo del vehículo, lo que indica que J147 podría revertir la hiperpigmentación inducida por UVB. De acuerdo con las observaciones anteriores, se observó una disminución visible en la pigmentación inducida por UVB en la capa basal epidérmica después del tratamiento con J147 mediante tinción con plata amoniacal de Masson-Fontana (Figura 8C). Además, J147 no afectó al recuento de melanocitos según lo determinado por la tinción inmunohistoquímica de S100, una proteína marcadora de melanocitos (Figuras 8D, E). Como era de esperar, nuestros hallazgos sugirieron que J147 tiene efectos blanqueadores sobre la hiperpigmentación inducida por UV en la piel de cobayos sin citotoxicidad.

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DISCUSIÓN

Los analistas de la industria global (GIA) han pronosticado que el mercado global de blanqueamiento alcanzará los $ 31,2 mil millones para 2024 (Lv et al., 2020b). Muchos grupos de investigación están enfocando sus esfuerzos para dilucidar compuestos blanqueadores nuevos y efectivos. Sin embargo, pocos inhibidores se sometieron a estudios in vivo y mostraron buenos resultados debido a la citotoxicidad y la baja eficiencia (Kim et al., 2008; Pillaiyar et al., 2017). Por tanto, es necesario seguir descubriendo agentes blanqueadores de la piel más eficaces y seguros.

Recientemente se informó el uso terapéutico de la curcumina y la curcumina químicamente modificada (CMC) para inhibir la actividad de la tirosinasa y la formación de melanina (Goenka y Simon, 2021). Sin embargo, la escasa biodisponibilidad de la curcumina y la curcumina modificada químicamente (CMC) limita su aplicación (Karthikeyan et al., 2020). Para solucionar este problema, se desarrolla J147 como un potente compuesto derivado de la curcumina con mayor estabilidad y biodisponibilidad (Li et al., 2020). En este trabajo, exploramos las influencias inhibitorias de J147 sobre el pigmento y los mecanismos subyacentes in vitro e in vivo. Nuestros datos mostraron que J147 no solo suprimió la producción de melanina basal, sino que también atenuó el aumento de melanina inducido por -MSH, sin influir en la viabilidad celular (Figura 1). Es bien sabido que varios agentes blanqueadores de la piel ejercen sus efectos hipomelanogénicos al inhibir directamente la actividad de la tirosinasa. En nuestros estudios, J147 no inhibió directamente la actividad de la tirosinasa de hongo (Figura 2B), lo cual es inconsistente con estudios previos que sugieren que la curcumina inhibe directamente la actividad de tirosinasa de hongo (Lee et al., 2010; Tu et al., 2012). La posible razón es que J147 no tiene un grupo hidroxilo fenólico, que es un grupo funcional crítico para la inhibición de la actividad de la tirosinasa. El análisis de transferencia Western demostró que J147 inhibía los niveles de expresión de tirosinasa, TRP-1 y TRP-2 (Figura 2C). Nuestros hallazgos indicaron que J147 tuvo efectos blanqueadores en los melanocitos y actuó principalmente al regular a la baja los niveles de proteína de tres enzimas melanogénicas cruciales en lugar de suprimir directamente la actividad de la tirosinasa.

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La pigmentación de la piel humana está determinada por la síntesis de melanina, así como por la distribución de los melanosomas. La regulación de la transferencia de melanosomas desde los melanocitos a los queratinocitos vecinos es un mecanismo importante para el blanqueamiento de la piel. Recientemente, Goenka et al. informaron que los análogos de curcumina modificados químicamente suprimieron la centricidad en los melanocitos e inhibieron la fagocitosis de las perlas FluoSphere (imitadores de melanosoma) por parte de las células HaCaT (Goenka y Simon, 2021). El presente estudio amplió estudios previos y demostró que J147 inhibía la transferencia de melanosomas a los queratinocitos vecinos en el sistema de cultivo conjunto de queratinocitos/melanocitos (Figura 3A). Los estudios de mecanismos encontraron que los niveles de expresión de Myosin Va, Rab27a y Cdc42 se redujeron significativamente con el tratamiento con J147, mientras que KIF5b no se vio afectado (Figura 3B). Estos resultados sugirieron que J147 suprimió el transporte de melanosomas a lo largo de los filamentos de actina e inhibió la extensión de las dendritas al regular a la baja la expresión de miosina Va, Rab27a y Cdc42. Sin embargo, se necesita más investigación sobre si J147 afecta el movimiento del melanosoma a lo largo de los microtúbulos.

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MITF es un regulador crítico en el desarrollo, la diferenciación y la supervivencia de los melanocitos, y controla la transcripción de genes como tirosinasa, TRP-1, TRP-2, Cdc42, Rab27a y, posteriormente, promueve la melanogénesis y el melanosoma. transporte (Noguchi et al., 2016). Los estudios actuales mostraron que J147 no tuvo efecto sobre la expresión de los genes MITF, lo que sugiere que J147 no afectó la transcripción de MITF (Figura 4A). Sin embargo, el análisis de transferencia Western encontró que J147 aceleró notablemente la degradación de la proteína MITF (Figura 4B). Numerosos estudios sugirieron que la vía de señalización de MAPK participaba en la expresión y degradación de MITF (Rodríguez y Setaluri, 2014). Tu et al. informaron que la curcumina inhibía la síntesis de melanina a través de la activación de las vías de señalización ERK y p38 (Tu et al., 2012). En el presente estudio, J147 aumentó la fosforilación de ERK y p38, mientras que no se observó ningún resultado en la fosforilación de JNK. Además, solo PD98059, un inhibidor específico de ERK, atenuó significativamente los efectos inhibidores de J147 sobre la formación y distribución de melanina, así como la expresión de tirosinasa, MITF, Rab27a, Myosin Va y Cdc42 (Figura 5). Estos datos indicaron que J147 suprimió la formación y distribución de melanina principalmente al facilitar la degradación de MITF mediada por EKR. Teniendo en cuenta que numerosos estudios han identificado el papel de p38 MAPK en la diferenciación melanogénica, el papel de la vía de señalización J147/p38 en los melanocitos necesita más estudio.

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Los supresores de melanogénesis son muy importantes para la industria cosmética como agentes para aclarar la piel. Se han desarrollado numerosos agentes antimelanogénicos y pocos agentes en estudios in vivo y mostraron buenos resultados (Pillaiyar et al., 2017). J147 se encuentra actualmente en ensayos clínicos de fase I para la enfermedad de Alzheimer, lo que indica que J147 es un agente seguro y de baja toxicidad (Ates et al., 2020). En este documento, investigamos el efecto antimelanogénico de J147 in vivo. El pez cebra es un organismo modelo vertebrado extremadamente ventajoso debido a que su secuencia de genes y su sistema de órganos son similares a los de los humanos (Agalou et al., 2018). Y los pigmentos de melanina están presentes en la superficie del pescado, lo cual es simplemente fácil de observar (Choi et al., 2007). Como se muestra en la Figura 7, J147 redujo notablemente la pigmentación corporal en el pez cebra, de forma similar al fármaco positivo PTU. Además, J147 no afectó el crecimiento del desarrollo ni la supervivencia del pez cebra. La hiperpigmentación inducida por UVB en cobayos marrones es el otro tipo de modelo experimental para investigar los efectos de J147 en la pigmentación. Como se muestra en la Figura 8, se encontraron efectos de blanqueamiento obvios de J147 en los que se produjo hiperpigmentación causada por la exposición a UVB después de la aplicación tópica de J147 durante 3 semanas en la piel dorsal de un conejillo de indias. Nuestros resultados demostraron que J147 redujo la formación de melanina en los melanocitos activos, en lugar de disminuir el número de melanocitos.

En resumen, nuestro estudio informó por primera vez que J147 ejercía efectos antimelanogénicos in vitro e in vivo, así como el mecanismo subyacente. Específicamente, J147 inhibió significativamente la producción de melanina, además de prevenir la extensión de dendritas y la distribución de melanosomas. Mecánicamente, J147 desempeñó estos roles principalmente al activar la vía de la proteína quinasa regulada por señales extracelulares (ERK). Una vez activado, aceleró la degradación de MITF, posteriormente suprimió el nivel de proteína de tirosinasa, TRP-1, TRP-2, Myosin Va, Rab27a y Cdc42 y, en última instancia, suprimió la producción de melanina, la extensión dendrítica y la distribución de melanina. . Nuestros resultados indicaron que J147 se puede aplicar como un agente blanqueador de la piel más seguro sin citotoxicidad.

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DECLARACIÓN DE DISPONIBILIDAD DE DATOS

Las contribuciones originales presentadas en el estudio están incluidas en el artículo/Material Suplementario, más consultas pueden ser dirigidas al autor correspondiente.

DECLARACIÓN DE ÉTICA

El estudio con animales fue revisado y aprobado por el comité de cuidado y uso de animales de la Universidad de Changzhou.

CONTRIBUCIONES DE AUTOR

JL, YY y RG concibieron y diseñaron el estudio, proporcionaron comentarios críticos y editaron los manuscritos. YY, BJ y SL llevaron a cabo grandes experimentos. XZ realizó el análisis y la interpretación de los datos en el ensayo de análisis de inmunotransferencia. JL realizado en la recopilación de datos. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

FONDOS

Este estudio fue patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 82103752), el Proyecto de Investigación de Ciencias Naturales de Colegios y Universidades en la Provincia de Jiangsu (No. 20KJB310024), el Programa de Ciencia y Tecnología de Changzhou (Subvención No. CJ20210125) a JL.

MATERIAL SUPLEMENTARIO

El material complementario de este artículo se puede encontrar en línea

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Conflicto de intereses:Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un potencial conflicto de interés.

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