皮膚における紫外線曝露の表皮ゲノムマーカーの非侵襲的評価

Non-invasive assessment of epidermal genomic markers of UV exposure in skin.

• Elnara Muradova
• Nishit Patel
• Brittney Sell
• Bruna B Bittencourt
• Sandra S Ojeda
• Charles H Adelmann
• Ling Cen
• Chia-Ho Cheng
• Jianjun Shen
• Christel M Davis
• Erik A Ehli
• Justin Y Newberg
• Basil Cherpelis
• Michael A Black
• Michael B Mann
• Samir Mitragotri
• Kenneth Y Tsai

抄録

紫外線曝露の線量計として、また皮膚癌リスクの予測因子として、紫外線誘発性DNA損傷の測定が複数のグループによって提案されている。紫外線に曝露された表皮には紫外線誘発性の変異や付加体が存在するが、正常な表皮を採取するには、分析のために表皮DNAを抽出する非侵襲的な方法が必要である。ここでは、界面活性剤ベースのTissue Acquisition for Molecular Profiling (STAMP)と呼ばれるこのようなアプローチの実現可能性を実証しています。患者のサンプリングは、界面活性剤（Brij-30/DPS）の混合物に浸したフェルトペンを使用して行われました。マウスでは、瘢痕化せずに選択的に表皮を除去することができ、２週間以内に完全治癒することを示す。我々は、ヘアレスマウスを3ヶ月間低用量の紫外線に曝露し、紫外線曝露の停止後2ヶ月まで連続的にサンプリングし、UVシグネチャー突然変異の負荷の漸進的な増加を観察した。STAMPがヒト患者に適用できるかどうかを検証するために、日光に曝露された部位と日光から保護された部位からサンプルを採取し、高深度標的型エクソームシークエンシングを行った。その結果、日光に曝された地域と日光から保護された地域では、紫外線に起因する広範なモザイク化と突然変異負荷の大幅な増加が観察され、DNA損傷、修復、クローンの拡大を統合的に読み取るゲノム指標が紫外線曝露の情報的マーカーとなる可能性が示唆された。

The measurement of UV-induced DNA damage as a dosimeter of exposure and predictor of skin cancer risk has been proposed by multiple groups. While UV-induced mutations and adducts are present in normal-appearing UV-exposed epidermis, sampling normal non-lesional skin requires non-invasive methods to extract epidermal DNA for analysis. Here we demonstrate the feasibility of such an approach, termed Surfactant-based Tissue Acquisition for Molecular Profiling (STAMP). Sampling in patients was performed using a felt-tip pen soaked in a mixture of surfactants (Brij-30/DPS). In mice, we show that the epidermis can be selectively removed without scarring, with complete healing within 2 weeks. We exposed Hairless mice to low-dose UV radiation over a period of 3 months, and serially sampled them through up to 2 months following the cessation of UV exposure, observing a progressive increase in a UV-signature mutational burden. To test whether STAMP could be applied to human patients, samples were collected from sun-exposed and sun-protected areas, which were then subjected to high-depth targeted exome sequencing. Extensive UV-driven mosaicism and substantially-increased mutational loads in sun-exposed vs. sun-protected areas were observed, suggesting that genomic measures, as an integrated readout of DNA damage, repair, and clonal expansion, may be informative markers of UV exposure.

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