Melanin is a major factor that darkens skin color as one of the defense systems to prevent the harmful effects of UV light. However, darkened skin from the localized or systemic accumulation of melanin is viewed in many cultures as an esthetic problem. Consequentially, searching for anti-melanogenic agents from natural sources is very popular worldwide. Previous screening of fermented rice products, obtained from various rice cultivars fermented with different sources of loog-pang (Thai traditional fermentation starter), revealed that the highest ability to reduce the melanin content in B16F10 melanoma cells was from unpolished black rice fermented with a defined starter mixture of microbes isolated from loog-pang E11. The aim of this study was to investigate the mechanism of the fermented unpolished black rice (FUBR) on the inhibition of melanogenesis in B16F10 melanoma cells. The strongest reduction of cellular melanin content was found in the FUBR sap (FUBRS). The melanin reduction activity was consistent with the significant decrease in the intracellular tyrosinase activity. The FUBRS showed no cytotoxic effect to B16F10 melanoma or Hs68 human fibroblast cell lines. It also significantly reduced the transcript and protein expression levels of tyrosinase, tyrosinase-related protein 1 (TYRP-1), TYRP-2, and microphthalmia-associated transcription factor. Furthermore, it induced a significantly increased level of phosphorylated ERK, p38 and Akt signaling pathways, which likely contributed to the negative regulation of melanogenesis. From these results, a model for the mechanism of FUBRS on melanogenesis inhibition was proposed. Moreover, these results strongly suggested that FUBRS possesses anti-melanogenesis activity with high potential for cosmeceutical application as a skin depigmenting agent.
Codium fragile (Suringar) Hariot, a green alga of the Codiales family, has been reported to have several bioactive properties, including antioxidant and anti-inflammatory properties. However, its antiobesity and whitening effects and their underlying mechanisms are unclear. This study aimed to evaluate the antiobesity and melanogenesis inhibitory effects of C. fragile using methanol extracts of C. fragile (MECF). The results of this study revealed that MECF inhibited the accumulation of lipid droplets and triacylglycerol in differentiated 3T3-L1 adipocytes, which was associated with the inhibition of the expression of adipogenesis-related transcription factors, such as peroxisome proliferator-activated receptor γ, CCAAT/enhancer-binding protein-α (C/EBPα), and C/EBPβ, which function as the key regulators of adipogenesis. Also, MECF reduced tyrosinase activity and melanin content in B16F10 cells as well as the expression of tyrosinase, tyrosinase-related protein-1 (TRP-1), TRP-2, and microphthalmia-related transcription factor in the presence of α-melanocyte-stimulating hormone. Taken together, our findings suggest that the extract of C. fragile could be considered a promising functional ingredient for the prevention and treatment of obesity and skin pigmentation in the food and cosmetic industry.
Byeong Min Choi;Minkyeong Kim;Hyehyun Hong;Tae-Jin Park;Changmu Kim;Jin-Soo Park;Won-Jae Chi;Seung-Young Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.4
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pp.949-957
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2024
There has been a growing interest in skin beauty and antimelanogenic products. Melanogenesis is the process of melanin synthesis whereby melanocytes are activated by UV light or hormone stimulation to produce melanin. Melanogenesis is mediated by several enzymes, such as tyrosinase (TYR), microphthalmia-associated transcription factor (MITF), tyrosinase-related protein-1 (TRP-1), and TRP-2. In this study, we investigated the effect of Tuber himalayense extract on melanin synthesis in α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH)-treated B16F10 melanoma cells. We confirmed that T. himalayense extract was not toxic to α-MSH-treated B16F10 melanoma cells and exhibited a significant inhibitory effect on melanin synthesis at concentrations of 25, 50, and 100 ㎍/ml. Additionally, the T. himalayense extract inhibited melanin, TRP-1, TRP-2, tyrosinase, and MITF, which are enzymes involved in melanin synthesis, in a concentration-dependent manner. Furthermore, T. himalayense extract inhibited the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways, such as extracellular signal-regulated kinase-1/2 (ERK), c-Jun N-terminal kinase (JNK), and p38. Therefore, we hypothesized that various components of T. himalayense extract affect multiple factors involved in melanogenesis in B16F10 cells. Our results indicate that T. himalayense extract could potentially be used as a new material for preparing whitening cosmetics.
Cannabis sativa (CS) has been in the spotlight not only for its medical uses but also as a raw material for cosmetics. As fermented cosmetics are known to have various health benefits, they have been extensively researched. Here, we investigated the characteristics of CS stems fermented using various gut microbes. The 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide assay and melanin content analysis revealed that melan-a cells containing CS stems fermented with Weissella paramesenteroides (CSWP) showed considerably reduced melanin content. Additionally, CSWP downregulated the expression of several melanogenesis factors, tyrosinase-related protein-1, and tyrosinase-related protein-2. This study suggests that the anti-melanogenic effect of CSWP could provide a new basis for the development of skin-lightening agents.
Nitric oxide (NO) is a newly described transmitter involved with cell to cell communication that is generated in biologic tissues by specific types of nitric oxide synthase (NOS), which metabolize L-arginine and molecular oxygen to citrulline and nitric oxide. In the skin. NO has been reported to play an important role in such diseases as psoriasis, atopic dermatitis, and contact dermatitis, as well as act as an important modulator in UVB-induced erythema. Ultraviolet B irradiation to the skin evokes an increase in NO production in the epidermis through two pathways; induction of inducible NOS, mediated by inflammatory cytokines, and elevation of constitutive neuronal NOS activity. In a cell culture system, it has been demonstrated that NO functions as a melanogen after being produced in keratinocytes in response to UVB-irradiation. NO-stimulated melanogenesis in melanocytes is mediated by the cGMP/PKG pathway. In this study, up-regulation of tyrosinase gene expression by NO-stimulation and the involvement of NO in UVB-induced pigmentation were examined. In NO-induced melanogenesis, protein synthesis and tyrosinase activity increased along with an up-regulation of tyrosinase gene expression. In an animal model, UVB-induced pigmentation in skin was suppressed by sequential daily treatments with a specific inhibitor of NOS. Thus, NO plays an important role in UVB-induced pigmentation, where its function as a melanogen is considered to be one of the mechanisms. Together with its role in the development of erythema, NO contributes to the total protective response of skin against UVB-irradiation.
Lee, Taek Hwan;Seo, Jae Ok;Baek, So-Hyeon;Kim, Sun Yeou
Biomolecules & Therapeutics
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v.22
no.1
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pp.35-40
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2014
Resveratrol is a polyphenolic compound found in various natural products such as grapes and berries and possesses anti-cancer, anti-hyperlipidemia, and anti-aging properties. Recently, it has been reported that resveratrol inhibits ${\alpha}$-melanocyte-stimulating hormone signaling, viability, and migration in melanoma cells. However, these effects have not been confirmed in vivo, specifically brownish guinea pigs. To evaluate the potential of resveratrol as a regulator of melanin for hyperpigmentation therapy, the influence of resveratrol on pigmentation was investigated by ultraviolet B-induced hyperpigmentation in brownish guinea pig skin. We found that resveratrol reduced the expression of melanogenesis-related proteins tyrosinase, tyrosinase-related proteins 1 and 2, and microphthalmia-associated transcription factor in melanoma cells. Furthermore, topical application of resveratrol was demonstrated to significantly decrease hyperpigmentation on ultraviolet B-stimulated guinea pig skin in vivo. Based on our histological data, resveratrol inhibits melanin synthesis via a reduction in tyrosinase-related protein 2 among the melanogenic enzymes. This study is the first to provide evidence supporting resveratrol as a depigmentation agent, along with further clinical investigation of resveratrol in ultraviolet B-induced skin disorders such as hyperpigmentation and skin photoaging.
An, Yun Ah;Hwang, Ji Yeon;Lee, Jae Soon;Kim, Young Chul
Toxicological Research
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v.31
no.2
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pp.165-172
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2015
Cornus officinalis is widely distributed in Korea, and its fruit has been used to make as herbal drug for traditional medicine in Korea, Japan, and China because of its tonic, analgesic, and diuretic properties. However, the effects of C. officinalis methanol extract (COME) on melanogenesis remain poorly understood. We evaluated the melanogenic capability of COME in melan-a cells, which are immortalized mouse melanocytes. COME increased melanin synthesis in a dose-dependent manner. Treatment with $12.5{\mu}g/mL$ of COME significantly increased melanin content by 36.1% (p < 0.001) to a level even higher than that (31.6%) of 3-isobutyl-1-methyl-xanthine, a well-known pigmentation agent. COME also upregulated tyrosinase activity and its messenger RNA and protein expression. In addition, COME upregulated the expression of tyrosinase-related proteins 1 and 2 and microphthalmia-associated transcription factor-M messenger RNA expression. These results imply that COME may be appropriate for development as a natural product to treat hair graying.
Tyrosinases catalyze the hydroxylation of monophenolic compounds and the conversion of o-diphenols to oquinones. The enzymes are mainly involved in the modification of tyrosine into L-3,4-dihydroxyphenyl-alanine (L-DOPA) and DOPA/DOPAquinone-drived intermolecular cross-linking, which play the key roles of pigmentation to the cells. It is ubiquitously distributed in microorganisms, plants, and animals all around the nature world. They are classified as copper- containing dioxygen activating enzymes; two copper ions are coordinated with six histidine residues in their active sites and they are distinguished as met-, deoxy-, and oxy-form depending on their oxidative states. Natural extraction and recombinant protein approaches have been tried to obtain practical amounts of the enzymes for industrial application. Tyrosinases have been widely applied to industrial and biomedical usages such as detoxification of waste water containing phenolic compounds, L-DOPA as a drug of Parkinson's disease, biomaterials preparation based on the cross-linking ability and biosensors for the detection of phenolic compounds. Therefore, this review reports the mechanism of tyrosinase, biochemical and structural features and potential applications in industrial field.
Fucoidan, a fucose-rich sulfated polysaccharide derived from brown seaweed in the class Phaeophyceae, has been widely studied for its possible health benefits. However, the potential of fucoidan as a possible treatment for hyperpigmentation is not fully understood. This study investigated the effects of fucoidan on melanogenesis and related signaling pathways using Mel-Ab cells. Fucoidan significantly decreased melanin content. While fucoidan treatment decreased tyrosinase activity, it did not do so directly. Western blot analysis indicated that fucoidan downregulated microphthalmia-associated transcription factor and reduced tyrosinase protein expression. Further investigation showed that fucoidan activated the extracellular signal-regulated kinase (ERK) pathway, suggesting a possible mechanism for the inhibition of melanin synthesis. Treatment with PD98059, a specific ERK inhibitor, resulted in the recovery of melanin production. Taken together, these findings suggest that fucoidan inhibits melanogenesis via ERK phosphorylation.
Mulberry extracts can be incorporated into skin-whitening products. The compound attributed to lighten the skin is arbutin, a form of hydroquinone that inhibits melanin release by suppressing the tyrosinase enzyme. For the cosmetic applications, the physiological effects of mulberry (Morus alba) extracts were investigated. The water soluble fraction of mulberry contains higher amount of protein (16.28~4.47%) in contrast to fat (1.55~1.41%). In addition, the fraction abundantly contains succinic acid (972.4-275.8 mg/g) and phosphoric acid (1,628.4-121.9 mg/g) in different parts of mulberry. The free radical scavenging ability in water soluble fraction was found to display remarkable effects in comparison with methanol and ethyl acetate fraction. The ethyl acetate-soluble of root and leaf showed remarkable tyrosinase inhibition activity by IC 50 (${\mu}g/ml$). The anticancer activity of methanol fraction obtained from mulberry using human cancer cell lines showed growth inhibition effect (270.14 mg/ml in Calu-6 cells, 295.29 mg/ml in HCT-116, and 332.29 mg/ml in MCF-7 cells, respectively). Based on the results, Morus alba extracts include cosmetic ingredients with antioxidizing and whitening properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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