The role of the endocannabinoid system in regulating the biological processes of the skin

Absztrakt

The endocannabinoid system (ECS) was first described following the investigation of the main psychotropic component of the Cannabis sativa plant. Since then, the ECS has grown to encompass numerous cannabinoid ligands, the transmembrane receptors (both metabotropic and ionotropic) that bind and transduce the effects of said ligands, and the enzymatic apparatus responsible for the synthesis and degradation of various endogenous cannabinoids. Although the ECS was first described in the central nervous system, it is now widely accepted that the ECS is expressed, and is functionally active, in almost all non-neuronal tissues as well. Our own workgroup (among others) has shown that various skin cells (keratinocytes, sebocytes, etc.) not only express multiple members of the ECS, but many of these cells also actively produce endocannabinoids. Indeed, the ECS was found to play a profound role in the regulation of numerous biological processes in skin. In the present work, as part of our extensive research effort on cutaneous functions, we aimed at examining the ECS on two cell types, namely human monocyte-derived dendritic cells (DCs) and sweat gland cells. Our results show that, on the human eccrine sweat gland-derived NCL-SG3 cell line, endocannabinoids dose-dependently suppressed proliferation, induced apoptosis, altered expressions of various cytoskeleton proteins (e.g., cytokeratins), and upregulated lipid synthesis. Interestingly, as revealed by specific agonists and antagonists as well as by RNA interference, neither the metabotropic CB cannabinoid receptors, nor the "ionotropic" transient receptor potential ion channels, expressed by these cells, mediated the cellular actions of the endocannabinoids. However, the endocannabinoids selectively activated the mitogen-activated protein kinase signaling pathway. Finally, other elements of the ECS (i.e., enzymes involved in the synthesis and degradation of endocannabinoids) were also identified on NCL-SG3 cells. On human monocyte-derived DCs, our goal was to evaluate the effect of heat shock on the endocytotic activity of the cells, and to elucidate the role of themosensitive transient receptor potential (TRP) channels in the process. We have shown that heat shock decreased the endocytotic activity of the DCs and that this effect could be alleviated by the RNAi-mediated knockdown of TRPV2 but, importantly, not by the pharmacological (antagonists) or molecular (RNAi) suppression of TRPV1 and TRPV4 activities/levels. Likewise, the heat shock-induced robust membrane currents were selectively and markedly inhibited by TRPV2 "silencing" whereas modulation of TRPV1 and TRPV4 activities, again, had no effect. Taken together, our pre-clinical data suggest that the targeted manipulation of the activity of the cutaneous ECS might be exploited in the future the clinical management of multitude of human skin conditions (including e.g. sweat gland-derived tumors, inflammation, excessive sweating, and other diseases of the human pilosebaceous unit and the related adnexal structures).

Az endocannabinoid rendszert (ECS) a Cannabis sativa növény hatásaiért felelős specifikus természetes anyagok (úgynevezett cannabinoidok) vizsgálata során fedezték fel. Az azóta eltelt időben az ECS számos egyéb endogén liganddal, az általuk aktivált metabotróp és ionotróp, transzmembrán receptorokkal, illetve a ligandok szintézisét és lebontását végző enzimapparátussal bővült. Bár az ECS-t elsőként a központi idegrendszerben írták le, napjainkra egyértelművé vált, hogy az ECS kifejeződik és funkcionálisan aktív a legtöbb nem-neuronális szövetben is. Többek között saját munkacsoportunk is kimutatta, hogy a különféle bőr sejtek (keratinociták, szebociták, stb.) expresszálják az ECS több tagját, valamint képesek az endocannabinoidok termelésére is. Nem meglepő módon az ECS kulcsfontosságú szereppel bír a bőr számos biológiai folyamatainak szabályozásában. Jelen munkánkban, a bőr funkcióit feltáró széleskörű kutatásaink keretében, célunk az ECS vizsgálata volt humán verejtékmirigy sejteken és monocita-eredetű dendritikus sejteken (DC). Eredményeink szerint a humán ekkrin verejtékmirigyből származtatott NCL-SG3 sejtvonalon sikerrel azonosítottuk az ECS legtöbb elemét (endocannabinoidok, receptorok, az endocannabinoidokat szintetizáló és lebontó enzimek). Bebizonyosodott az is, hogy az endocannabinoid kezelés dózisfüggő módon csökkentette a sejtek proliferációját, apoptózist indukált, megváltoztatta bizonyos citoszkeletális proteinek (pl. citokeratinok) expressziós mintázatát és fokozta a sejtek lipid szintézisét. Érdekes módon sem a sejteken kifejeződő klasszikus cannabinoid receptorok, sem az ionotróp tranziens receptor potenciál (TRP) csatornák farmakológiai illetve siRNS-el történő gátlása nem befolyásolta az endocannabinoidok hatását. Ugyanakkor az endocannabinoidok szelektíven aktiválták a mitogén-aktivált protein kináz másodlagos hírvivő útvonalat. Humán monocita-eredetű DC-en célunk a hősokk hatásainak vizsgálata volt, illetve az ezen hatások közvetítésben szerepet játszó termoszenzitív TRP csatornák feltérképezése. Kimutattuk, hogy a hősokk gátolja az DC-ek endocitotikus aktivitását, illetve specifikus áramkomponenst indukál. Ezen hatást a TRPV2 géncsendesítése teljes mértében képes volt kivédeni, ugyanakkor a TRPV1 és TRPV4 csatornák farmakológiai illetve siRNS-el történő gátlása nem befolyásolta azt. Összességében pre-klinikai vizsgálataink azt sugallják, hogy a bőr ECS-ének célzott befolyásolása számos humán bőrbetegség kezelésében nyújthat ígéretes új terápiás lehetőséget (pl. verejtékmirigy-eredetű tumorok, gyulladás, túlzott verejtékezés és a bőrfüggelék egyéb betegségei).

Leírás
Kulcsszavak
Endocannabinoid system, Sweat gland, Dendritic cell, Transient receptor potential vanilloid, Skin, Heat shock, Mitogen-activated protein kinase, Endocannabinoid rendszer, Verejtékmirigy, Dendritikus sejt, Tranziens receptor potenciál vanilloid ioncsatornák, Bőr, Hősokk, Mitogén-aktivált protein kináz
Forrás