title: The roles of urocanic acid in the response of epidermal cells to UVB
Creators: name: Stremnitzer, Caroline
Publisher: name: :none
Year: 2010

description: UVB Strahlung kann erhebliche Schäden in der Haut bewirken und zur Entstehung von Krebs führen. DNS ist einer der wichtigsten Photorezeptoren von UVB Strahlung und UVB-induzierte Mutationen in der DNS sind Hauptfaktoren bei der Entstehung von Hautkrebs. Eine Rolle von DNS-Mutationen wird auch in der UVB-induzierten Immunsuppression vermutet, die durch ein Versagen des Immunsystems beim Erkennen und Bekämpfen von malignen Hautzellen die Tumorentstehung verhindert. Endogene Urocaninsäure, die von dem Enzym Histidase aus Histidin generiert wird, akkumuliert in der äußersten Schicht der Haut und absorbiert sehr effizient UVB-Strahlung. Dementsprechend wurde Urocaninsäure als körpereigener Schutzfaktor gegen UV-verursachte DNS-Schädigung vorgeschlagen. Durch Absorption von UVB Strahlung wird das trans-Isomer von UCA, das in der Histidase-Reaktion entsteht, partiell in das cis-Isomer umgewandelt. Es wird vermutet, dass cis-UCA an der UVB-induzierten Immunsuppression beteiligt ist, indem es sowohl die Auswanderung von Langerhans Zellen aus der Epidermis als auch Beeinträchtigungen der Langerhanszell-Funktionen, insbesondere der Antigen-Präsentation bewirkt. In dieser Arbeit wird die photoprotektive und die immunsuppressive Rolle von endogener Urocaninsäure in einem in vivo Model, der Histidinämie Maus, untersucht. Histidinämie Mäuse tragen eine Mutation in dem Gen, das das Enzym Histidase kodiert. Diese führt zu stark reduzierten UCA Konzentrationen im Stratum Corneum (der obersten Schicht der Epidermis), wodurch die UVB Absorptionskapazität des Stratum Corneums von mutierten Tieren im Vergleich zu Wildtyp- oder Histidase-heterozygoten Mäusen stark wird. Die Haut von neugeborenen Mäusen und die rasierte Rückenhaut von adulten Mäusen wurde mit 2 UVB-Dosen bestrahlt. Die Quantifizierung von Cyclobutandimeren zeigte, dass in histidinämischen Mäusen signifikant mehr DNS Schaden induziert wurde als in Wildtypmäusen. Auch die Zahl apoptotischer Zellen war in der Epidermis von mutanten Mäusen signifikant höher als in Kontrollmäusen. Diese Ergebnisse implizieren, dass endogene Urocaninsäure als ein wichtiger Schutzfaktor der Epidermis gegen die schädigenden Effekte von UVB Strahlung fungiert. Um den Einfluss von UVB-induzierter cis-Urocaninsäure auf das Immunsystem in der Haut zu untersuchen, wurde die UVB-induzierte Veränderung der Zahl der epidermalen Langerhanszellen in histidinämischen und Wildtyp-Mäusen bestimmt. UVB Strahlung bewirkte einen hohen Anstieg der cis-UCA Konzentration in Wildtyp-Mäusen, während nur sehr geringe cis-UCA Konzentrationen im Stratum Corneum von mutierten Mäusen nachgewiesen werden konnten. Übereinstimmend mit der erörterten Rolle von cis-UCA bei der Modulation des Immunsystems, bewirkte UVB Bestrahlung eine stärkere Reduktion der Zahl der Langerhanszellen in der Epidermis von Wildtyp-Mäusen als in Histidinämie-Mäusen. Die Ergebnisse dieser Studie liefern experimentelle Bestätigungen für die früher postulierten Rollen von Urocaninsäure als wichtiger endogener UV-Schutzfaktor und Signalstoff in der UVB-induzierten Immunsuppression.
description: UVB irradiation causes skin damage which underlies skin aging and various forms of skin cancer. DNA is one of the main photoreceptors for UVB light, and UVB-induced DNA mutations have been shown to cause malignant transformation of skin cells. Moreover, DNA mutations have been implicated in UVB-induced suppression of immune responses, which may further sensitize the skin to the development of cancer. Urocanic acid (UCA) is another endogenous UVB-photoreceptor and is proposed to prevent high levels of DNA damage. It is generated by the enzyme histidase from histidine, a protein breakdown product in the cornified layer (stratum corneum) of the epidermis. By absorption of UVB irradiation, UCA is converted from the trans- to the cis-isomer. The latter has been proposed to contribute to UVB-induced immunosuppression by altering the antigen-presenting function and the number of Langerhans cells in the epidermis. The various roles of UCA in the skin have been discussed for many years, however an evaluation in an appropriate in vivo model has been lacking. Here, the photoprotective role and the immunosuppressive role of endogenous UCA were investigated in the histidinemic mouse model. Histidinemic mice carry a deleterious mutation in the gene encoding histidase and, therefore, have a strongly reduced UCA concentration in the stratum corneum. The UVB absorption capacity of aqueous extracts from the stratum corneum was significantly reduced in histidinemic mice as compared to mice carrying at least one wild-type allele of histidase. When newborn mice and the shaved back skin of adult mice were irradiated with 25 or 250 mJ/cm2 UVB, histidinemic mice accumulated significantly more DNA damage in the form of cyclobutane pyrimidine dimers than wild-type mice. Furthermore, UVB irradiation induced significantly higher levels of apoptosis in the epidermis of histidinemic mice. These results provide strong evidence for an important contribution of endogenous UCA to the protection of the epidermis against the damaging effects of UVB light. To evaluate the influence of UVB-induced cis-UCA on immune responses, the UVB-induced alteration in the number of Langerhans cells was determined in normal mice and in histidinemic mice. UVB irradiation induced high levels of cis-UCA in wild-type mice whereas cis-UCA concentrations were low in irradiated mutant mice. In line with the proposed role of cis-UCA in immunomodulation, UVB induced a stronger reduction of Langerhans cell densities in wild-type mice than in mutant mice. Taken together, the results of this study establish UCA as an important endogenous UVB protection factor and as a critical modulator of immunosuppression by UVB light.