Dokument: Photoprotective effects of flavones on low-dose UVA-induced damage in normal and aged skin fibroblasts
| Titel: | Photoprotective effects of flavones on low-dose UVA-induced damage in normal and aged skin fibroblasts | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57656 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20211012-133947-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Zerres, Sarah [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Stahl, Wilhelm [Gutachter] Prof. Urlacher, Vlada [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | UVA, Fibroblasten, Haut, Photoprotektion, Flavone | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | The effects of UVA radiation on human health have long been anticipated to only induce photoaging and oxidative damage. Recently, studies have revealed more serious deleterious effects of UVA and established a link to cancer formation. However, most studies investigated effects of high doses of UVA exposure, which are unlikely to receive in everyday life. Here, low doses of UVA radiation were administered to skin fibroblasts to investigate the damaging effects on macromolecules and cellular signalling. Results indicate an UVA-dependent induction of oxidative stress as determined by lipid peroxidation and upregulation of hemeoxygenase-1, together with an impaired cellular respiration according to a decrease in basal and maximal respiration. Analysis of biomarkers for DNA damage show an UVA-dependent induction of H2AX phosphorylation and formation of direct and delayed cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs). Furthermore, the expression of ectoenzymes essential in immune-relevant purinergic signalling was altered after irradiation. These data provide evidence for deleterious effects of low-dose UVA radiation on human skin fibroblasts.
Thus, photoprotection from such low-dose UVA-dependent insults is demanded in light of the evolving role of UVA in skin damage and cancer formation. Hence, plant secondary metabolites from the group of flavones were investigated for their efficacy to alleviate low-dose UVA-induced damage. Luteolin and tricetin were selected due to promising features regarding stability, toxicity, phototoxicity and thiol reactivity. The two flavones were further investigated for their photoprotective effects in different cellular and cell-free model systems, where they displayed antioxidant function via inhibition of lipid peroxidation and DNA damage prevention as seen by a decreased CPD formation. Additionally, the presence of luteolin and tricetin in the irradiation medium of fibroblasts rescued cell viability after irradiation with lethal UVA doses. Luteolin and tricetin, incorporated into a sunscreen-like formulation, showed protective effects in a cell culture model for topical application, which is assigned to their absorption in the UVA region. An aging model was established to investigate differences in low-dose UVA-induced damage responses in young and aged skin cells and the efficacy of the flavones in photoprotection of aged skin. Aged skin fibroblasts displayed pronounced differences in regard to cellular respiration with an increased capacity to maximize respiration in response to stresses. Furthermore, aged fibroblasts showed decreased sensitivity towards UVA radiation as measured by MTT assay. Basal ROS levels in aged cells were increased and the time courses of H2AX phosphorylation and CPD lesion formation differed from that of young fibroblasts. Interestingly, purinergic signalling was affected, as seen by altered expression of ectonucleotidases and substrate conversion measured by flow cytometry and UPLC analysis. These data indicate an increased extracellular formation of adenosine by aged fibroblasts, which is known to exert immunosuppressive and pro-tumoral effects and which was indirectly correlated to an increased invasive capacity of skin cancer cells. Finally, the photoprotective capacity of the selected flavones on young and aged fibroblasts was evaluated. Supplementation of the irradiation medium of aged cells with luteolin or tricetin rescued the toxic effect of high UVA doses similar to the effect seen in young fibroblasts. Conclusively, luteolin and tricetin exert photoprotection in young and aged skin fibroblasts and provide additional antioxidative properties for a possible future use in sunscreen products.UV-Strahlung verursacht molekulare Schäden in der menschlichen Haut, die mit der Initiation und Progression verschiedener Krankheiten assoziiert sind. Im Kontext mit Hautkrebs standen bisher Effekte von UVB-Strahlung im Vordergrund. Die Wirkung von UVA-Exposition auf zellulär relevante Makromoleküle und Signalketten ist dagegen insbesondere im Niedrigdosisbereich nur wenig untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Hautfibroblasten mit geringen, nicht letal-toxischen UVA-Dosen bestrahlt, um die Effekte auf Makromoleküle und Signalwege zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen eine UVA-abhängige Steigerung des oxidativen Stresses, gemessen an einem Anstieg der Lipidperoxidation und eine Induktion der Hämoxigenase-1 Expression. Bestrahlung mit niedrigen UVA-Dosen verringerte die basale und maximale Zellatmung, gemessen als verringerter Verbrauch von Sauerstoff mit Hilfe der bioenergetischen Flux Analyse. Die Untersuchung von Biomarkern für DNA-Schäden zeigte einen Anstieg der Phosphorylierung von Histon H2AX, sowie die Bildung direkt generierter und zeitlich verzögert gebildeter (indirekter) Cyclobutan Pyrimidin Dimere (CPD). Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die Expression von Immunantwort-regulierenden Ektoenzymen nach Bestrahlung mit niedrigen Dosen UVA verändert war. Diese Daten zeigen, dass niedrig dosierte UVA-Strahlung Schäden in Hautfibroblasten verursacht und zusätzliche Photoprotektion im UVA-Bereich wünschenswert ist. In dieser Arbeit wurden daher pflanzliche Sekundärmetabolite aus der Gruppe der Flavone auf ihre Effektivität in der Photoprotektion untersucht. Luteolin und Tricetin wurden aufgrund ihrer Eigenschaften in Bezug auf Absorption, Stabilität, Toxizität, Phototoxizität und Thiolreaktivität ausgewählt. In Untersuchungen mit zellfreien und zellulären Testsystemen zeigten Luteolin und Tricetin antioxidative Wirkung auf UVA-induzierte Lipidperoxidation und die Prävention von DNA-Schäden nach Bestrahlung, gemessen an der Menge der gebildeten CPD. In einem Viabilitätsassay mit toxischen UVA-Dosen wurde ein schützender Effekt von exogen appliziertem Luteolin und Tricetin auf Hautfibroblasten gezeigt. Als photoprotektive Komponente einer Sonnenschutzcreme-adaptierten Formulierung zeigten Luteolin und Tricetin Photoprotektion aufgrund ihrer Absorption im UVA-Bereich. Es wurde in dieser Arbeit außerdem ein Alterungs-Modell etabliert, um die Unterschiede in der niedrig dosierten UVA-Antwort zwischen jungen und alten Hautfibroblasten untersuchen zu können und um die Effektivität der ausgewählten Flavone speziell in gealterten Hautzellen zu testen. Die gealterten Fibroblasten zeigten eine Stress-abhängig gesteigerte maximale Zellatmung im Vergleich zu normalen Fibroblasten. In Viabilitätsassays zeigten sie außerdem eine geringere Sensitivität gegenüber UVA-Strahlung und eine gesteigerte basale Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies. In Zeitverläufen konnte gezeigt werden, dass sich die UVA-induzierte Phosphorylierung von H2AX und die Bildung von CPDs zwischen jungen und alten Zellen deutlich unterscheidet. Zudem war auch die Expression von Ektoenzymen des extrazellulären Purin Signalweges und die entsprechende Substratkonversion verändert, was mittels Durchflusszytometrie und Chromatographie gezeigt werden konnte. Aus den Daten ergibt sich eine gesteigerte extrazelluläre Verfügbarkeit von immun-suppressivem und pro-tumoral wirkendem Adenosin in gealterten Fibroblasten. Es konnte entsprechend in einem Invasions-Experiment gezeigt werden, dass Hautkrebszellen vermehrt in das Medium von gealterten Zellen einwandern. Abschließend wurde die photoprotektive Wirkung der Flavone auf junge und alte Fibroblasten untersucht. Die Abnahme der Zellviabilität nach Bestrahlung mit hohen UVA Dosen konnte durch Zugabe von Luteolin und Tricetin in das Bestrahlungsmedium von jungen und alten Fibroblasten verhindert werden. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 12.10.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.10.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 13.04.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 23.09.2021 |
