Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 2.1
5-Year Impact Factor – 2.2
Scopus CiteScore – 3.4 (CiteScore Tracker 3.6)
Index Copernicus  – 161.11; MNiSW – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2009, vol. 18, nr 5, September-October, p. 449–459

Publication type: original article

Language: English

The Expression of the Melanogenesis Pathway Genes TYR, TYRP−1, and TYRP−2 and the Synthesis of Melanin in SH−4 Melanoma Cells After Photodynamic Therapy with Photolon

Ekspresja genów szlaku melanogenezy TYR, TYRP−1 i TYRP−2 oraz synteza melaniny w komórkach SH−4 melanoma poddanych terapii fotodynamicznej z Fotolonem

Dariusz Kuśmierz1,, Małgorzata Latocha1,, Aleksandra Zielińska1,, Dominika Nawrocka−Musiał1,, Elektra Sliupkas−Dyrda1,

1 Department of Cell Biology, School of Pharmacy, Medical University of Silesia, Poland

Abstract

Background. For many years, melanoma has been considered to be radio−resistant and insensitive to light. This opinion was due, among other things, to the presence of melanins, widely known for their photoand radio−protective properties, in melanoma cells. Since establishing the substantial heterogeneity of melanomas and their varying resistance to radioand phototherapy, there have been intensive studies on the molecular processes occurring in these neoplasms during therapy.
Material and Methods. This study assessed the influence of photodynamic therapy (PDT) with the photo−sensitizer Photolon (a chlorin e6−PVP complex) on the survival and proliferation of SH−4 human melanoma cells (ATCC), the expressions of the melanogenesis pathway genes TYR, TYRP−1, and TYRP−2, and the synthesis of melanin. The cells were incubated for 1 h with photo−sensitizer and then the cultures were irradiated with doses of 10–50 J/cm2 at a laser power output of 500 mW.
Results. The results indicated that PDT with suitable parameters may be an effective tool for restricting the growth of and eliminating SH−4 melanoma cells and that Photolon is an effective photo−sensitizer which may be successfully used for the PDT of pigmented cells. Changes in the expressions of TYRP, TYRP−1, and TYRP−2 were demonstrated, the albuminous products of which actively participate in melanogenesis.
Conclusion. Despite the positive effects of PDT with Photolon related to restricted proliferation and elimination of melanoma cells in culture, the increase in melanin volume in the cells that survived the therapy may become an obstacle to the implementation of fractionated therapy.

Streszczenie

Wprowadzenie. Czerniak przez wiele lat był uważany za nowotwór promieniooporny i niewrażliwy na światło. Pogląd ten wynikał m.in. z obecności melanin w komórkach czerniaka, znanych szeroko ze swych właściwości fotoi radioprotekcyjnych. Od czasu wykazania dużej heterogenności czerniaków i bardzo zróżnicowanej oporności tego nowotworu na radioi fototerapię są prowadzone intensywne badania procesów molekularnych zachodzących podczas terapii.
Materiał i metody. Wpracy oceniano wpływ terapii fotodynamicznej z Fotolonem (kompleks chlorin e6−PVP) jako fotouczulaczem na przeżywalność i proliferację komórek ludzkiego czerniaka SH−4 (ATCC), ekspresję genów szlaku melanogenezy: TYR, TYRP−1 i TYRP−2 oraz syntezę barwnika melaninowego. Komórki inkubowano z fotouczulaczem 1 godz., a następnie naświetlano hodowlę dawkami 10–50 J/cm2, przy mocy wyjściowej lasera 500 mW.
Wyniki. Wwyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że terapia fotodynamiczna z zastosowaniem odpowiednich parametrów może być skutecznym narzędziem ograniczenia wzrostu i eliminacji komórek melanoma SH−4 oraz że kompleks chlorin e6−PVP (Fotolon) jest skutecznym fotouczulaczem, który może być z powodzeniem zastosowany do terapii fotodynamicznej komórek upigmentowanych.
Wnioski. Mimo pozytywnych rezultatów PDT−Fotolon – związanych z ograniczeniem proliferacji i eliminacją komórek czerniaka z hodowli, wzrost ilości melaniny w komórkach, które przeżyły terapię, może stać się jednak przeszkodą podczas terapii frakcjonowanej.

Key words

photodynamic therapy (PDT), melanoma, melanin, Photolon

Słowa kluczowe

terapia fotodynamiczna (PDT), melanoma, melanina, Fotolon

References (30)

  1. Fabris C, Valduga G, Miotto G: Photosensitization with zinc (II) phthalocyanine as a switch in the decision between apoptosis and necrosis. Cancer Res 2001, 61, 7495–7500.
  2. Ruka W, Nowecki ZI, Rutkowski P: Czerniaki skóry u dorosłych. Medipage Warszawa 2005.
  3. Kumala S, Niemiec P, Wideł M, Hancock R, Rzeszowska−Wolny J: Apoptosis and clonogenic survival in three tumour cell lines exposed to gamma rays or chemical genotoxic agents. Cell Mol Biol Lett 2003, 8, 655–665.
  4. Latocha M, Pilawa B, Kuśmierz D, Zielińska A, Nawrocka D: Changes in free radicals system on IMR−90 and C−32 cells during photodynamic therapy. Pol J Environ Stud 2006, 15, 4A, 154–156.
  5. Córdoba F, Braathen LR, Weissenberger J: 5−aminolaevulinic acid photodynamic therapy in a transgenic mouse model of skin melanoma. Exp Dermatol 2005, 14, 6, 429–437.
  6. Saczko J, Kulbacka J, Chwiłkowska A: The influence of photodynamic therapy on apoptosis in human melanoma cell line. Folia Histochem Cytobiol 2005, 43, 3, 129–132.
  7. Latocha M, Pilawa B, Zdybel M, Wilczok T: Effect of Laser Radiation on Free Radicals in Human Cancer G361 Cells. Acta Physica Pol A 2005, 2, 108, 409–412.
  8. Nevřelová P, Kolářová H, Bajgar R: Measurement of reactive oxygen species after photodynamic therapy in vitro. Scripta Med 2005, 78, 5, 281–290.
  9. Lim DS, Ko SH, Lee WY: Silkworm−pheophorbide a mediated photodynamic therapy against B16F10 pigmented melanoma. J Photochem Photobiol B 2004, 74, 1, 1–6.
  10. Urbańska K: Uczulanie pigmentowanych komórek i guzów czerniaków zwierzęcych na promieniowanie jonizujące i światło (rozprawa habilitacyjna), Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 2000.
  11. Pasewicz A, Idziak D, Koloczek J: Pair correlation function analysis of 5−(4−hexa−decyloxyphenyl)− −10,15,20−tri(4−pyridyl)porphyrin and 5−(4−methoxycarbonylphenyl)−10,15,20−tri(4−pyridyl)porphyrin. J Mol Struct 2008, 875, 1–3, 167–172.
  12. Grinholc M, Szramka B, Olender K, Graczyk A: Bactericidal effect of photodynamic therapy against methicillin−resistant Staphylococcus aureus strain with the use of various porphyrin photosensitizers. Acta Biochim Pol 2007, 54, 3, 665–670.
  13. Copley L, van derWatt P, Wirtz KW, Parker MI, Leaner VD: Photolon, a chlorin e6 derivative, triggers ROS production and light−dependent cell death via necrosis. IJBCB 2008, 40, 227–235.
  14. Ramaswamy B, Manivasager V, Chin WWL, Soo KC, Olivo M: Photodynamic diagnosis of human nosopharyngeal carcinoma xenograft model using the novel Chlorin e6 photosensitizer Fotolon. Int J Oncol 2005, 26, 1501–1506.
  15. Istotin YP, Laptsevich TP, Bizyuk SA, Alexandrova EN: Photodynamic efficacy of topical application of chlorine6 – polyvinylpyrrolidone complex in tumor−bearing rats. Exp Oncol 2006, 28, 4, 299–302.
  16. Isakau HA, Trukhacheva TV, Zhebentyaev AI, Petrov PT: HPLC study of chlorin e6 and its molecular complex with polyvinylpyrrolidone. Biomed Chromatogr 2007, 21, 318–325.
  17. Parkhots MV, Lapina VA, Butorina DN: Spectral and photochemical characteristics of the photosensitizers chlorin e6 and photolon in the presence of melanin. Optic Spectros 2005, 98, 3, 1562–6911.
  18. Http://www.genecards.org/cgi−bin/carddisp.pl?gene=TYR.
  19. Http://www.genecards.org/cgi−bin/carddisp.pl?gene=TYRP1.
  20. Http://www.genecards.org/cgi−bin/carddisp.pl?gene=TYRP2.
  21. Cieszka KA, Hill HZ, Hill GJ, Plonka PM: Growth and pigmentation in genetically related Cloudman S91 melanoma cell lines treated with 3−isobutyl−1−methyl−xanthine and β−melanocyte−stimulating hormone. Exp Dermatol 1995, 4, 4, 192–198.
  22. Romanowski T, Markiewicz A, Bednarz N, Bielawski KP: Geny metabolizmu podstawowego jako geny referencyjne w ilościowym oznaczaniu ekspresji genów metodą real−time PCR. Postepy Hig Med Dosw 2007, 61, 500–510.
  23. Trichopoulos N, Damato B: Photodynamic therapy for recurrent hyphema after proton beam radiotherapy of iris melanoma. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2007, 245, 10, 1573–1575.
  24. Sheleg SV, Zhavrid EA, Khodina TV: Photodynamic therapy with chlorin e6 for skin metastases of melanoma. Photodermatol Photoimmunol Photomed 2004, 20, 21–26.
  25. Konopacka M, Rzeszowska−Wolny J: The bystander effect−induced formation of micronucleated cells is inhibited by antioxidants, but the parallel induction of apoptosis and loss of viability are not affected. Mutat Res 2006, 593, 1–2, 32–38.
  26. Kumala S, Niemiec P, Wideł M, Hancock R, Rzeszowska−Wolny J: Apoptosis and clonogenic survival in three tumour cell lines exposed to gamma rays or chemical genotoxic agents. Cell Mol Biol Lett 2003, 8, 655–665.
  27. Córdoba F, Braathen LR, Weissenberger J: 5−aminolaevulinic acid photodynamic therapy in a transgenic mouse model of skin melanoma. Exp Dermatol 2005, 14, 6, 429–437.
  28. Monfrecola G, Procaccini EM, D’Onofrio D: Hyperpigmentation induced by topical 5−aminolaevulinic acid plus visible light. J Photochem Photobiol B 2002, 68, 2–3, 147–155.
  29. Ma LW: A new method for photodynamic therapy of melanotic melanoma – effects of depigmentation with violet light photodynamic therapy. J Environ Pathol Toxicol Oncol 2007, 26, 3, 167–172.
  30. Lim DS, Ko SH, Lee WY: Silkworm−pheophorbide a mediated photodynamic therapy against B16F10 pigmented melanoma. J Photochem Photobiol B 2004, 74, 1, 1–6.