Vliv topolinu a jeho mesylátu na nežádoucí účinky UVA záření v kožních buňkách

Bc. Daniela HORÁKOVÁ

Master's thesis

Effect of topolin and its mesylate on the adverse effects of UVA radiation in skin cells

Abstract:

Lidská kůže představuje funkční bariéru, která ochraňuje vnitřní prostředí organismu před působením vnějších činitelů, chemických, fyzikálních i biologických. Mezi nejvýznamnější a každodenně působící faktory patří ultrafialové (UV) záření. Fotony z UV oblasti slunečního spektra vyvolávají produkci reaktivních kyslíkových sloučenin (ROS), které následně poškozují biomolekuly a způsobují tak řadu různých kožních změn a onemocnění. V souvislosti s touto problematikou byly již dříve studovány rostlinné fytohormony cytokininy, u nichž jsou popisovány antisenescenční a antioxidační vlastnosti, díky kterým jsou zajímavé pro dermatologické aplikace. Protektivní účinky na kožní buňky byly publikovány u cytokininů kinetinu (KIN) nebo zeatinu. V nedávné studii byly popsány příznivé účinky na kůži u para-topolinu (pT), strukturního derivátu KIN. Cílem této práce bylo proto ověřit možné protektivní účinky pT a jeho mnohonásobně rozpustnějšího derivátu para-topolin mesylátu (pTM) vůči poškození kožních buněk vyvolaném UVA zářením. Normální lidské kožní fibroblasty (NHDF) byly použity jako buněčný model. Fibroblasty byly preinkubovány se studovanými látkami (1 h) a poté vystaveny UVA záření (7,5 nebo 10 Jcm-2). Účinky látek na NHDF byly hodnoceny pomocí stanovení vybraných parametrů oxidačního stresu a hladin vybraných proteinů zapojených do antioxidační ochrany buněk. Z výsledků vyplynulo, že pT i pTM jsou schopny v ozářených buňkách snížit hladinu ROS, aktivitu kaspázy 3 a hladinu matrixové metaloproteinázy-1 (MMP-1) a naopak zvýšit hladinu GSH. Obě testované látky také stimulovaly translokaci Nrf2, transkripčního faktoru reguluícího expresi řady antioxidačních a cytoprotektivních proteinů, z cytosolu do jádra. Oba cytokinity také zvyšovaly hladiny antioxidačních enzymů přímo regulovaných proteinem Nrf2, katalázy a NAD(P)H:chinonoxidoreduktázy 1. Preinkubace s testovanými látkami vedla ke snížení hladiny hemoxygenázy-1 stimulované UVA zářením. Účinky pT a pTM byly podobné jako účinky srovnávacího cytokininu KIN. V případě hladin vybraných proteinů se lépe rozpustný pTM jevil účinnější než pT kromě vlivu na MMP-1. Obě látky, pT a pTM ukázaly potenciál chránit kožní buňky proti působení UVA záření, případně i jiných faktorů vyvolávajících oxidační poškození. Nicméně protektivní účinky těchto cytokininů budou předmětem dalšího studia, zejména z pohledu jejich účinků na celou kůži a bezpečnosti při dlouhodobé aplikaci.

Abstract:

Human skin represents a functional barrier that protects the body from the effects of external agents, chemical, physical and bilogical. Ultraviolet (UV) radiation is one of the most important and daily acting factors. Photons from the UV region of the solar spectrum cause the production of reactive oxygen species (ROS), which subsequently damage biomolecules and thus cause a variety of skin changes and diseases. Plant phytohormones cytokinins are known for their antisenescent and antioxidant properties that make them interesting for dermatological applications. Protective effects on skin cells were described for cytokinins kinetin (KIN) or zeatin. In a recent study, beneficial effects on the skin were described for para-topolin (pT), a structural derivative of KIN. Therefore, the aim of this work was to verify the possible protective effects of pT and its many times more soluble derivative para-topolin mesylate (pTM) against UVA-induced skin cell damage. Normal human skin fibroblasts (NHDF) were used as a cell model. The fibroblasts were preincubated with the study substances (1 h) then exposed to UVA radiation (7.5 or 10 Jcm-2). The effect of substances on NHDF was evaluated by determining selected parameters of oxidative stress and the levels of selected proteins involved in the antioxidant protection of cells. The results showed that both pT and pTM were able to decrease the level of ROS, caspase 3 activity and matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) in irradiated cells and to increase the level of GSH. Both tested substances also stimulated the translocation of Nrf2, a transcription factor regulating the expression of several antioxidant and cytoprotective proteins, from the cytosol to the nucleus. Both cytokinins also increased the levels of antioxidant enzymes directly regulated by Nrf2 protein, catalase and NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1. Preincubation with the test substances resulted in a decrease in the levels of heme oxygenase-1 stimulated by UVA radiation. The effects of pT and pTM were similar to those of KIN that was used as a reference cytokinin. For the levels of selected proteins, the more soluble pTM appeared more effective than pT except for its effect on MMP-1. Both pT and pTM showed the potential to protect skin cells against the effects of UVA radiation and possibly other factors inducing oxidative damage. However, the protective effects of these cytokinins will be the subject of further studies, particularly in terms of their effects on the whole skin and safety in long-term application.

Keywords

kůže, para-topolin, UVA záření, cytokinin, primární lidské kožní fibroblasty

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Alena Rajnochová Svobodová, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Experimental Biology