Sole, Cheratosi e tumori Pietro Santoianni Università di Napoli Federico II Dipartimento di Patologia sistematica - Dermatologia Dottorato di Ricerca in Dermatologia Sperimentale

Az. diretta UV Az. indiretta produzione di ROS DNA enzimi lipidi DNA aminoacidi altre molecole Az. indiretta produzione di ROS DNA enzimi lipidi G.Monfrecola

NADH-NADPH, riboflavine citocromi triptofano e altri aminoacidi UV / effetti Radiazione UV assorbita da basi del DNA NADH-NADPH, riboflavine citocromi triptofano e altri aminoacidi proteine enzimatiche acido urocanicoUCA * Hanson KM. ProcNatl.AcadSci USA 1998 * Sander CS. J InvestDermatol 2002

riducono e danneggiano i sistemi antiossidanti UV / effetti Radiazione UV agenti comuni dell’azione UV Specie Reattive Ossigeno (ROS) (ossigeno singoletto, perossido di H, anione superossido) riducono e danneggiano i sistemi antiossidanti ossidazione di lipidi e proteine alterazioni geniche *Wlaschek et al. J Photochem Photobiol B 2001 **Sander CS. J Invest Dermatol 2002

UV / effetti danno indiretto del DNA mutazioni * immunodepressione ** UVA 320-400 nm danno indiretto del DNA mutazioni * immunodepressione ** * Wang SQ et al. J Am Acad Dermatol 2001 ** Vermeer BJ et al. Eur J Dermatol 1996

alterazioni da UVA maggiori di quelle da UVB UV / effetti nelle prolungate esposizioni Hersey P et al. Lancet 1983

UVA fingerprint mutations were detectable in human skin squamous cell    Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Mar 23 [Epub ahead of print] Agar NS, et al. : The basal layer in human squamous tumors harbors more UVA than UVB fingerprint mutations: A role for UVA in human skin carcinogenesis. UVA fingerprint mutations were detectable in human skin squamous cell carcinomas and solar keratosis, mostly in the basal germinative layer, which contrasted with a predominantly suprabasal localization of UVB fingerprint mutations We hypothesized that a substantial portion of the mutagenic alterations produced in the basal layer of human skin by sunlight are induced by wavelengths in the UVA range  

Proliferazione cellulare Attività funzionali degli epidermociti UV / effetti Gli effetti della irradiazione UV si esplicano a livello: Proliferazione cellulare Attività funzionali degli epidermociti Immunomodulazione

sistemi di controllo Funzioni di controllo e protezione - geni oncosoppressori - e altri sistemi

gene p53 CDKN2 sistemi di controllo riparativo codifica per una proteina responsabile della riparazione del danno del DNA CDKN2 oncosoppressore

CD95 (Fas) sistemi di controllo riparativo indotto dalla luce solare* proteina di membrana - controllo del danno indotto dalla luce solare*  Filipowicz E et al.Cancer. 2002

sistemi di controllo riparativo UV CD 95 (Fas) - innesca apoptosi  (importante meccanismo di difesa verso la carcinogenesi UV indotta) *Bachmann F. J Invest Dermatol 2001

sistemi di controllo riparativo UV modifica espressione Ligando CD05, TRIAL e recettori TRIAL sistemi di controllo riparativo molecole che preservano l'integrità cellulare e ne prevengono la trasformazione *Bachmann F. J Invest Dermatol 2001

(mismatch repair protein) sistemi di controllo riparativo UV solare danno DNA attiva il sistema riparativo MSH2 (mismatch repair protein) *Liang SB et al. Virchows Arch 2001

coinvolti nel processo riparativo sono anche potenziali bersaglio sistemi di controllo riparativo   geni ed altre molecole coinvolti nel processo riparativo sono anche potenziali bersaglio della radiazione UV

mutazioni di p53 sistemi di controllo eventi precoci nelle alterazioni della proliferazione degli epidermociti e carcinogenesi UV indotta Nelson MA et al. Cancer Lett 1994

cute danneggiata dal sole 38,5% cute normale 14% sistemi di controllo mutazioni del gene p53 cute danneggiata dal sole 38,5% cute normale 14% elevata incidenza - cheratosi attinica 54% - carcinoma squamocellulare 69% Einspahr Jg et al. Neoplasia 1999

sistemi di controllo riparativo CD95 (Fas) - frequen. assente nella cheratosi attinica - espresso focalmente nel carcinoma invasivo*   * Filipowicz E et al.Cancer 2002

down-regulation della apoptosi * sistemi di controllo CD 95 (Fas) irradiazione intensa e prolungata alterazione down-regulation della apoptosi *   *Bachmann F. J Invest Dermatol 2001

La maggior parte delle lesioni UV-indotte sono riparate   La maggior parte delle lesioni UV-indotte sono riparate per i sistemi di controllo messi in atto precocemente ma per la irradiazione ripetuta possono risultare mutazioni ed altre alterazioni

sistemi di controllo riparativo Nelle cheratosi attiniche l’espressione di queste molecole è bassa o assente precocemente La down-regulation di queste molecole aumenta il rischio che cellule aberranti non siano efficientemente eliminate

UV molte cellule in cui si è verificato il danno continuano a crescere e a dividersi con cheratinizzazione disordinata che corrisponde alla comparsa clinica

Attività funzionali degli epidermociti Immunomodulazione Uv indotta Gli effetti della irradiazione UV si esplicano a livello: Controllo della proliferazione cellulare Immunomodulazione Attività funzionali degli epidermociti

depressione risposta immunitaria (locale e sistemica) Immunomodulazione UV indotta UV cromofori cutanei fotorecettori (DNA, UCA etc) cascata alterazioni immunologiche immunomodulazione depressione risposta immunitaria (locale e sistemica)

irrad. solare + UCA la cute fotoesposta forma acido cis-UCA Immunomodulazione UV indotta acido urocanico =importante componente del corneo irrad. solare + UCA isomer. a cis - UCA la cute fotoesposta forma acido cis-UCA Schauer E et al. J Clin Invest 1994

coinvolto nella inibizione della immunità tumorale Fotoimmunomodulazione UV cis-UCA innesca attività di immunomodulazione ** coinvolto nella inibizione della immunità tumorale *de Fine Olivarius et al. Br J Dermat 1998 **Noonan FP. Immunol Today 1992

Cis-UCA riduce funzionalità delle Langerhans prod. PGE 2 Fotoimmunomodulazione Cis-UCA riduce funzionalità delle Langerhans prod. PGE 2 inibizione ipersensibilità ritardata Duthic et al. Br J Dermatol 1999

Fotoimmunomodulazione la formazione di cis-UCA è più alta nei soggetti a cute chiara fototipo I e II : elevata isomerizzazione * de Fine Olivarius F et al. J Photochem Photobiol B 1999

- soggetti a pelle chiara e bambini producono più cis-UCA Fotoimmunomodulazione UV - soggetti a pelle chiara e bambini producono più cis-UCA - a più alto rischio di immundepressione UV indotta ?* * Norval M. J Photochem Photobiol B 2001 * de Fine Olivarius F et al. J Photochem Photobiol B 1999

il livello di cis-UCA è un marker di recenti esposizioni solari Fotoimmunomodulazione il livello di cis-UCA è un marker di recenti esposizioni solari ritorna ai valori normali in 2-3 sett.* * Jansen C et al. Acta Derm Venereol. 1991

infiammazione metaboliti acido arachidonico UV C O X 2 prostaglandine Fotoimmunomodulazione metaboliti acido arachidonico UV C O X 2 prostaglandine infiammazione (dati sperim. e in vivo)

inibizione dell'apoptosi - inibizione della immunosorveglianza - Fotoimmunomodulazione metaboliti acido arachidonico inibizione dell'apoptosi - inibizione della immunosorveglianza - - conversione di pro carcinogeno in carcinogeno ed altri effetti mutageni Marnett LJ. Prostaglandins Other Lipid Mediat. 2002

Controllo della proliferazione cellulare Immunomodulazione Gli effetti della radiazione UV si esplicano a livello: Controllo della proliferazione cellulare Immunomodulazione Attività funzionali degli epidermociti

triptofano e altri aminoacidi proteine enzimatiche UCA Radiazione UV assorbita da basi del DNA NADH-NADPH, riboflavine citocromi triptofano e altri aminoacidi proteine enzimatiche UCA * Sander CS et al. J Invest. Dermatol 2002 * Hanson KM, Simon JD. Proc. Natl.Acad.Sci.USA 1998

antiossidanti endogeni scavengers radicali liberi Capacità fotoprotettiva La cute possiede numerosi sistemi di fotoprotezione antiossidanti endogeni scavengers radicali liberi

capacità fotoprotettiva SOD GSH perossidasi catalasi GSH - S-transferasi citocromo P450 glutatione Ceruloplasmina,etc interagenti tra loro attivati dall’irradiazione UV

capacità fotoprotettiva Es. controllo delle mutazioni da UVA (provocate dal perossido di idrogeno) Catalasi Miyachi Y et al. J Invest Dermatol 1987

* Marrot L et al. Photochem Photobiol 1999 capacità fotoprotettiva “Heat shock proteins (HSP)” emossigenasi, HSP 72 (espressione aumentata preval.da UVB) protezione cellulare dal danno UV-indotto * prevenzione di cancerogenesi e photoaging * * Marrot L et al. Photochem Photobiol 1999

UV non solo danneggia il DNA dei cheratinociti ma diminuisce anche la risposta immunitaria e la capacità di riparazione del danno* * Wang SQ et al. J Am Acad Dermatol 1994

Questi sistemi di protezione sono attivati dalla radiazione UV capacità fotoprotettiva Questi sistemi di protezione sono attivati dalla radiazione UV ma per la maggior parte divengono insufficienti dopo intensa e prolungata irradiazione UV

Danno irradiativo solare La esposizione solare è sufficiente a provocare danno cutaneo in una significativa percentuale di soggetti circa l’80% dell’esposizione totale UV viene accumulata fino ai 20 anni Parisi A.V. et al., Phoder Photoimm Photomed 2000

irradiazione intermittente intensa continuativa BCC CMM SCC

carcinoma cheratosi attiniche periodo di latenza è di 10-20 anni Trasformazione in Epitelioma carcinoma cheratosi attiniche periodo di latenza è di 10-20 anni probabilmente non più del 5% delle C A si trasforma Parisi AV et al. Photoderm Photoimmunol Photomed 2001

Trasformazione in Epitelioma nella progressione dello stato displastico di cheratosi attiniche verso carcinoma* è evento precoce l’espressione di MMP-1 mRNA (metalloproteinasi) * Tsukifuji et al. Br J Cancer 1999

Trasformazione in Epitelioma la progressione della cheratosi a carcinoma correla con la delezione della regione 9p21 che codifica per p16 (INK4a) tumor soppressor Mortier L et al. Cancer Lett 2002

Reattività cutanea alle radiazioni UV fattori costituzionali modulata da fattori costituzionali Memon AA. Br J Dermatol 2000

Fattori costituzionali le caratteristiche fenotipiche (colore, fototipo, etc) sono indice di rischio di possibile fotodanno Snellman E et al. Photochem Photobiol 1995

eumelanine / feomelanine Pigmentazione / Fattori di rischio sensibilità UV correla con rapporto eumelanine / feomelanine sensibilità ad UV = feomelanine * Vincensi MR et al.(Univ. Federico II) Melanoma Res 1998

di fotosensibilità e di fototipo Pigmentazione / Fattori di rischio il rapporto tra tipi di melanine costituirebbe base molecolare di fotosensibilità e di fototipo Prota G. 10th Meeting European Society of Pigment Cell Res Vincensi MR et al.(Univ. Federico II) Melanoma Res 1998

rapporto feomelanine / eumelanine parametro indice di Pigmentazione / Fattori di rischio rapporto feomelanine / eumelanine parametro indice di rischio per NMSC e MC* * Snellman E et al. Photochem Photobiol1995 *Vincensi MR et al.(Univ. Federico II) Melanoma Res 1998

del tipo e del livello di melanine Pigmentazione / Fattori di rischio L’ identificazione del tipo e del livello di melanine potrebbe rappresentare uno strumento più efficace di valutazione nella individuazione dei soggetti a rischio per melanoma* *Prota G.10th Meeting European Society of Pigm Cell Res

marker di feomelanine ° (microanalisi su capelli) TTCA * BTCA ** Pigmentazione / Fattori di rischio tipi di melanine marker di feomelanine ° (microanalisi su capelli) TTCA * BTCA ** * 1,3-thiazole 2,4,5 – tricarbossilic acid ** benzothiazole carbossilic acid ° Prota G. 10th Meeting European Society of Pigment Cell Res

Modalità di esposizione La capacità di fotoprotezione naturale della cute è elevata La intensa irradiazione solare la riduce o annulla La esposizione moderata nel tempo in alcuni casi e alcuni soggetti costituisce elemento di protezione

l'esposizione occupazionale continuativa non Modalità di esposizione solare l'esposizione occupazionale continuativa non risulterebbe un fattore di rischio anzi fattore di protezione * * Osterlind A et al. Int J Cancer 1988

Modalità di esposizione solare le esposizioni solari durante l’ infanzia costituirebbero elemento di protezione nei soggetti capaci di una buona abbronzatura * che sarebbero più protetti con l’aumento dell’esposizione *White E, et al. Am J Epidemiol 1994

CD95 (Fas) è incrementata nei cheratinociti cronicamente Modalità di esposizione / controllo del danno CD95 (Fas) proteina di membrana controllo del danno indotto dalla luce solare  è incrementata nei cheratinociti cronicamente esposti alla luce solare * Filipowicz E et al.Cancer. 2002

la irradiazione UV cronica aumenta l’attività di Modalità di esposizione / controllo del danno la irradiazione UV cronica aumenta l’attività di Catalasi Miyachi Y et al. Clin Exp Dermatol 1983

La fotoprotezione naturale della cute verso le radiazioni è assicurata: a) dallo spessore del corneo b) dal contenuto di melanine e dal tipo di pigmentazione c) numerosi sistemi di protezione

Come può essere elevata questa capacità di fotoprotezione naturale ? Incremento capacità fotoprotettiva Come può essere elevata questa capacità di fotoprotezione naturale ?

Fotoprotezione naturale La cute irradiata pone in atto un SOS-like response regolando ad un livello maggiore i sistemi di difesa per le successive esposizioni Vile GF et al. Proc Natl acad Sci.USA 1994

Incremento capacità fotoprotettiva I sistemi possono essere integrati ad es. da antiossidanti topici: vit E, catalasi,etc. e anche FANS P. Santoianni. G Ital Dermat 2003

Incremento capacità fotoprotettiva interdipendenza dei vari antiossidanti il sistema antiossidante endogeno può essere modulato cambiando un singolo parametro del pool con incremento della totale capacità antiossidante

Incremento capacità fotoprotettiva Es: applicazione alfa tocoferolo: aumento di SOD ascorbato GSH Jurkiewicz BA et al. J Invest Dermatol 1995

Strategie di prevenzione Potenziamento della fotoprotezione naturale Studi di fotoprotezione topica catalasi prevenzione delle sunburn cells (studi in vitro) SOD effetto protettivo (dati sperimentali su topi) derivati cisteina Prevenzione dell’immunosoppressione UV indotta (topi) ascorbato effetto protettivo (instabile) effetto protetivo verso eritema taurina -carotene risultati negativi effetto protettivo (toc.) -tocof. acetato  -glucano diminuisce la immunosoppressione UV

gli schermi fisici riducono la formazione di cis-UCA marcatamente ** Potenziamento della fotoprotezione naturale gli schermi fisici riducono la formazione di cis-UCA marcatamente ** *Pasanen P et al.Photodermatol Photoimmunol Photomed 1990 *Kammeyer A et al.PhotochemPhotobiol 1997 **de Fine Olivarius et al. Acta Derm Venerol 1999

Fotoprotezione sistemica -Tocoferolo supplementazione orale -non aumenta concentrazione cutanea (topo) * -non protegge da eritema e danno da UV (valutazione clinico-istologica (uomo) ** (dose insufficiente?) *Przybilla B et al. J Am Acad Derm 1998 **Gilchrest et al. Photodermatol Photoimmunol Photomed 1991 Ascorbato somministrazione combinata di vit C ed E protegge dal danno acuto solare

Fotoprotezione sistemica -Carotene una parte ridotta è assorbita effetti collaterali ad alte dosi Licopene protezione verso eritema UV (dieta ricca)* I carotenoidi influenzano il parametro MED solo ad alte dosi Ubichinone (Coenzima Q) aumenta MUD e fototest iterativo ** Derivati Cisteina (esteri,etc.) *Stahl W et al. J Nutr 2001 *Monfrecola G et al. Ann Ital Dermatol Clin Sper 1996

Fotoprotezione sistemica La supplementazione orale con sistemi antiossidanti è interessante ma mancano ancora dimostrazioni sicure -per la complessità delle variabili e dei fattori in causa -perché sono pochi gli endpoint determinabili (MED, elastosi, sunburn cells, pigmentazione, etc.)