Melanogenese: Erklärung und Definition

Melanogenese ist der biologische und biochemische Prozess der Biosynthese von Melanin und Melanosomen. Melanin wird durch enzymatische Reaktionen von Proteinen der Tyrosinase-Familie gebildet, die Tyrosin umwandeln um braun-schwarzes Eumelanin und gelb-rotes Phäomelanin in melanosomalen Kompartimenten in Melanozyten zu bilden und folgen den Kaskaden von Ereignissen, die mit einer Reihe von autokrinen und parakrinen Signalen interagieren.

Vollständig melanisierte Melanosomen werden an Keratinozyten der Haut und des Haares abgegeben. Beim Menschen werden Eumelanin und Phäomelanin ungeachtet des pigmentären Phänotyps miteinander vermischt. Das Verhältnis der beiden Melaninpigmente wird durch Rasse und/oder spezifische genetische Variationen bestimmt. Andererseits haben viele Säugetiere verschiedene Fellfarbenmuster, die zeitlich verändert werden können. Wildtypmäuse haben Agouti-Musterhaare, die durch einen Mechanismus verursacht werden, der als Pigmenttypwechsel bezeichnet wird.

Erklärung / Definition

Melanin bestimmt die Farben unserer Haut, Augen und Haare und schützt die Haut vor Sonneneinstrahlung. Melanin ist ein Biopolymer das in Pigmentzellen, Melanozyten, synthetisiert und in den spezialisierten, mit Lysosomen verwandten Organellen, den sogenannten Melanosomen, verpackt wird. Der biologische und biochemische Weg der Melaninbiosynthese ist als Melanogenese bekannt. Die Melanogenese ist eine enzymatische Reaktion, bei der Melanin-bildende Proteine ​​der Tyrosinase-Familie eine Aminosäure – Tyrosin – umwandeln, um braun-schwarzes Eumelanin und gelb-rotes Phäomelanin in Melanozyten zu bilden.

Die Melanogenese umfasst eine Reihe von parakrinen und autokrinen Signalen, beginnend mit der Aktivierung des zyklischen Adenosinmonophosphat (cAMP)/cAMP-Response-Element-bindenden Protein (CREB)-Signalwegs in Melanozyten, hauptsächlich durch einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor, den Melanocortin-1-Rezeptor (MC1R) als Reaktion auf seine Liganden, hauptsächlich Alpha-Melanozyten-stimulierendes Hormon (α-MSH). Aktiviertes MC1R erhöht das intrazelluläre cAMP, das wiederum CREB aktiviert und schließlich die Transkription von Mikrophthalmie stimuliert-assoziierter Transkriptionsfaktor (MITF), ein Haupttranskriptionsfaktor der Melanozytenentwicklung und -differenzierung. MITF aktiviert die Expression wichtiger melaninbildender Gene, darunter Gene für Enzyme der Tyrosinase-Familie und das melanosomale Strukturmatrixprotein PMEL. MC1R-Varianten mit Funktionsverlust führen zu hellen Haut- und Haarfarben.

Melaninpigmentierung und Pigmenttypwechsel

Die beiden Arten von Melanin-Pigmenten, braun-schwarzes Eumelanin und gelb-rotes Phäomelanin, werden ausschließlich von Melanozyten produziert und werden unabhängig vom pigmentären Phänotyp beim Menschen gemischt. Das Verhältnis der beiden Melaninpigmente innerhalb des Melanosoms wird durch Rasse und/oder spezifische genetische Variationen bestimmt. Schwarze, braune, hellbraune und blonde Haare unterscheiden sich nur in ihrem Gehalt an Eumelanin, während rotes Haar insofern außergewöhnlich ist, als es viermal mehr Phäomelanin enthält als hellbraunes und blondes Haar.

Variationen in der Pigmentierung leiten sich hauptsächlich von Unterschieden in der relativen Menge des gesamten Melaninpigments ab und nicht von dem relativen Verhältnis von Eumelanin und Phäomelanin. Die basale Zusammensetzung des gemischten Eu- und Phäomelanins in einem Individuum ändert sich nicht dramatisch, obwohl externe Stimuli auf Melanozyten wie UV-Bestrahlung das Verhältnis und den Gehalt von Eumelanin und Phäomelanin beeinflussen können.

Andererseits haben viele Säugetiere verschiedene Fellfarbenmuster, die zeitlich verändert werden können. Die Expression des Wildtyp-Agouti-Gens in Mäusen führt zu Haaren mit einem charakteristischen Farbmuster: subapikale gelbe Bänder in einem ansonsten schwarzen Fell. Dieses schwarz-gelb-schwarze Muster resultiert aus einer schnellen Änderung der Melaninsynthese in Haarzwiebelmelanozyten, die als Pigmenttypumschaltung bezeichnet wird.

Zu Beginn des Haarzyklus (Tag 0–4) synthetisieren alle Haarzwiebel-Melanozyten Eumelanin. Während der Tage 4–6 produzieren sie Phäomelanin als Reaktion auf Agouti-Stimuli aus dermalen Papillenzellen, gefolgt von einer weiteren Eumelanin-Synthese. Hauptregulatoren des Pigmentwechsels sind die MC1R- und Agouti-Proteine. Auch andere Modulationsfaktoren wie ATRN und MGRN1 sind an diesem Prozess beteiligt.