Effect of long-wave UV radiation on mouse melanoma: an in vitro and in vivo study

The skin cancer incidence has increased substantially over the past decades and the role of ultraviolet (UV) radiation in the etiology of skin cancer is well established. Ultraviolet B radiation (280-320 nm) is commonly considered as the more harmful part of the UV-spectrum due to its DNA-damaging potential and well-known carcinogenic effects. Ultraviolet A radiation (320-400 nm) is still regarded as a relatively low health hazard. However, UVA radiation is the predominant component in sunlight, constituting more than 90% of the environmentally relevant solar ultraviolet radiation. In the light of the recent scientific evidence, UVA has been shown to have genotoxic and immunologic effects, and it has been proposed that UVA plays a significant role in the development of skin cancer. Due to the popularity of skin tanning lamps, which emit high intensity UVA radiation and because of the prolonged sun tanning periods with the help of effective UVB blockers, the potential deleterious effects of UVA has emerged as a source of concern for public health. The possibility that UV radiation may affect melanoma metastasis has not been addressed before. UVA radiation can modulate various cellular processes, some of which might affect the metastatic potential of melanoma cells. The aim of the present study was to investigate the possible role of UVA irradiation on the metastatic capacity of mouse melanoma both in vitro and in vivo. The in vitro part of the study dealt with the enhancement of the intercellular interactions occurring either between tumor cells or between tumor cells and endothelial cells after UVA irradiation. The use of the mouse melanoma/endothelium in vitro model showed that a single-dose of UVA to melanoma cells causes an increase in melanoma cell adhesiveness to non-irradiated endothelium after 24-h irradiation. Multiple-dose irradiation of melanoma cells already increased adhesion at a 1-h time-point, which suggests the possible cumulative effect of multiple doses of UVA irradiation. This enhancement of adhesiveness might lead to an increase in binding tumor cells to the endothelial lining of vasculature in various internal organs if occurring also in vivo. A further novel observation is that UVA induced both decline in the expression of E-cadherin adhesion molecule and increase in the expression of the N-cadherin adhesion molecule. In addition, a significant decline in homotypic melanoma-melanoma adhesion (clustering) was observed, which might result in the reduction of E-cadherin expression. The aim of the in vivo animal study was to confirm the physiological significance of previously obtained in vitro results and to determine whether UVA radiation might increase melanoma metastasis in vivo. The use of C57BL/6 mice and syngeneic melanoma cell lines B16-F1 and B16-F10 showed that mice, which were i.v. injected with B16-F1 melanoma cells and thereafter exposed to UVA developed significantly more lung metastases when compared with the non-UVA-exposed group. To study the mechanism behind this phenomenon, the direct effect of UVA-induced lung colonization capacity was examined by the in vitro exposure of B16-F1 cells. Alternatively, the UVA-induced immunosuppression, which might be involved in increased melanoma metastasis, was measured by standard contact hypersensitivity assay (CHS). It appears that the UVA-induced increase of metastasis in vivo might be caused by a combination of UVA-induced systemic immunosuppression, and to the lesser extent, it might be caused by the increased adhesiveness of UVA irradiated melanoma cells. Finally, the UVA effect on gene expression in mouse melanoma was determined by a cDNA array, which revealed UVA-induced changes in the 9 differentially expressed genes that are involved in angiogenesis, cell cycle, stress-response, and cell motility. These results suggest that observed genes might be involved in cellular response to UVA and a physiologically relevant UVA dose have previously unknown cellular implications. The novel results presented in this thesis offer evidence that UVA exposure might increase the metastatic potential of the melanoma cells present in blood circulation. Considering the wellknown UVA-induced deleterious effects on cellular level, this study further supports the notion that UVA radiation might have more potential impact on health than previously suggested. The possibility of the pro-metastatic effects of UVA exposure might not be of very high significance for daily exposures. However, UVA effects might gain physiological significance following extensive sunbathing or solaria tanning periods. Whether similar UVA-induced pro-metastatic effects occur in people sunbathing or using solaria remains to be determined. In the light of the results presented in this thesis, the avoidance of solaria use could be well justified.

Ihosyöpien ilmaantuvuus on lisääntynyt voimakkaasti viimeisten vuosikymmenten aikana ja ultraviolettisäteilyn (UV-säteilyn) vaikutus ihosyöpien ilmaantuvuuteen on kiistaton. Ultravioletti B -säteily (280-320 nm) on tunnetusti haitallista DNA:ta vaurioittavien ja karsinogeenisten vaikutustensa vuoksi. Ultravioletti A -säteilyn (320-400 nm) terveysvaikutuksia on puolestaan pidetty pitkään harmittomampana kuin UVB-säteilyn vaikutuksia. Maanpinnalle saapuvasta auringonvalosta kuitenkin yli 90% on UVA-säteilyä. Viimeaikaisten tutkimustulosten perusteella UVA-säteilyllä on kuitenkin havaittu olevan perimää vaurioittavia ja immunologisia vaikutuksia ja lisäksi sillä saattaa olla myös merkittävä rooli ihosyöpien kehittymisessä. UVA-säteilyaltistuksen aiheuttamat epäsuotuisat terveysvaikutukset ovat nousseet huolenaiheeksi ihmisten ruskettaessa itseään solariumeissa, jotka säteilevät voimakasta UVA-säteilyä, tai ottaessa pitkiä aikoja aurinkoa tehokkaiden UVB-aurinkosuojien turvin, jotka suojelevat ihoa tehokkaasti UVB-säteilyn aiheuttamalta palamiselta suojaten kuitenkin ihoa vähemmän UVA-säteilyltä. UV-säteilyn vaikutuksia melanooman kykyyn lähettää etäpesäkkeitä ei ole tutkittu aikaisemmin. UVA-säteilyn on kuitenkin havaittu aiheuttavan soluissa monia sellaisia fysiologisia muutoksia, jotka saattavat lisätä syöpäsolujen taipumusta lähettää etäpesäkkeitä (syövän metastasointi). Tämän väitöstutkimuksen tarkoituksena oli tarkastella UVA-säteilyn vaikutusta hiiren melanoomasolujen metastaattisiin ominaisuuksiin. Soluviljelmin tehdyissä tutkimuksissa tarkasteltiin UVA-säteilyn vaikutusta melanoomasolujen ja endoteelisolujen väliseen sitoutumiseen. UVA-säteilyn havaittiin lisäävän melanoomasolujen sitoutumista säteilyttämättömiin endoteelisoluihin, mutta samanaikaisesti melanoomasolujen keskinäinen sitoutuminen kuitenkin toisiinsa väheni. Nämä seikat saattavat lisätä melanoomasolujen metastaasitaipumusta tapahtuessaan elävässä organismissa. Tästä syystä saatuja tuloksia tarkasteltiin hiirimallissa, jossa tutkittiin, ovatko solulinjoilla tehdyt havainnot muutoksista melanoomasolujen adhesiivisuudessa fysiologisesti merkittäviä ja sitä, lisääkö UVA-säteily melanooman etäpesäkkeiden muodostumista hiirissä. UVA-säteilyn havaittiin lisäävän keuhkometastaasien määrää UVA-käsitellyissä hiirissä verrattuna kontrolliryhmään, jotka eivät olleet saaneet säteilyä. Tutkimusten mukaan UVA-säteilyn kyky lisätä hiiren melanoomasolujen metastaattista aktiivisuutta saattaa johtua sekä UVA-säteilyn suorista vaikutuksista melanoomasoluihin ja myös sen aiheuttamasta immunosuppressiosta. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös UVA-säteilyn vaikutusta hiiren melanoomasolujen geenien ilmentymiseen. UVA-säteilyn havaittiin muuttavan yhdeksän geenin ilmenemisprofiilia melanoomasoluissa säteilytyksen jälkeen. Näiden tulosten perusteella havaittujen geenien voidaan arvella olevan osa UVA-säteilyn aiheuttamaa soluvastetta ja sen lisäksi osa UVA-säteilyn aiemmin tuntemattomia vaikutuksia soluissa. Tässä väitöstutkimuksessa on osoitettu ensimmäistä kertaa, että UVA-säteily saattaa lisätä verenkierrossa olevien melanoomasolujen metastaattista kapasiteettia. Nämä tulokset tukevat aiempien tutkimustulosten näkemystä siitä, että UVA-säteilyllä saattaa olla enemmän terveysvaikutuksia kuin aiemmin on osattu epäillä. Jokapäiväisessä elämässä UVA-säteilyn vaikutukset ovat pieniä, mutta ne saattavat olla merkityksellisiä solariumia käytettäessä tai otettaessa pitkään aurinkoa, jolloin altistuminen UVA-säteilylle on voimakasta. UVA-säteilyn vaikutukset ihmisen melanooman kykyyn lähettää etäpesäkkeitä jää vielä selvitettäväksi. Tämän tutkimuksen perusteella solariumin käytön välttäminen saattaa kuitenkin olla aiheellista.