Меланоциты — это клетки нервного гребня , производящие меланин [3] и расположенные в нижнем слое ( базальном слое ) эпидермиса кожи , среднем слое глаза ( увеа ) , [4] внутреннем ухе , [5] влагалище. эпителий , [6] мозговые оболочки , [7] кости , [8] и сердце встречаются у многих млекопитающих и птиц . [9] Меланин — темный пигмент, в первую очередь отвечающий за цвет кожи . После синтеза меланин содержится в специальных органеллах , называемых меланосомами , которые могут транспортироваться к близлежащим кератиноцитам , вызывая пигментацию. Таким образом, в более темных тонах кожи присутствует больше меланосом, чем в более светлых тонах кожи. Функционально меланин служит защитой от УФ-излучения . Меланоциты также играют роль в иммунной системе .
В ходе процесса, называемого меланогенезом, меланоциты производят меланин — пигмент, обнаруженный в коже , глазах , волосах , полости носа и внутреннем ухе . Этот меланогенез приводит к длительной пигментации, которая отличается от пигментации, возникающей в результате окисления уже существующего меланина.
Различают базальный и активированный уровни меланогенеза; в целом люди со светлой кожей имеют низкий базальный уровень меланогенеза. Воздействие УФ-В-излучения вызывает усиление меланогенеза. Целью меланогенеза является защита гиподермы (слоя под кожей) от повреждения УФ-излучением. Цвет меланина черный, что позволяет ему поглощать большую часть ультрафиолетового света и блокировать его прохождение через эпидермис. [10]
Поскольку спектр действия солнечных ожогов и меланогенеза практически идентичен, предполагается, что они индуцируются одним и тем же механизмом. [11] Согласование спектра действия со спектром поглощения ДНК указывает на образование циклобутанпиримидиновых димеров (ЦПД) – прямого повреждения ДНК .
Обычно на квадратный миллиметр кожи приходится от 1000 до 2000 меланоцитов или примерно от 5% до 10% клеток базального слоя эпидермиса. Хотя их размер может варьироваться, меланоциты обычно имеют длину 7 мкм.
И светло-, и темно-пигментированная кожа содержат одинаковое количество меланоцитов [12] с разницей в цвете кожи из-за различий в упаковке эумеланина в меланосомах кератиноцитов : те, что в темной коже , «упакованы в околоядерные распределенные эллипсоидные» меланосомы, в то время как светлая кожа «собрана в сгруппированные небольшие круглые меланосомы». [13] Существуют также различия в количестве и относительном количестве эумеланина и феомеланина . [13] Пигментация, включая загар, находится под гормональным контролем, включая пептиды MSH и АКТГ, которые производятся из предшественника проопиомеланокортина.
Витилиго — это кожное заболевание, при котором у людей не хватает меланина в определенных участках кожи.
Люди с глазо-кожным альбинизмом обычно имеют очень низкий уровень выработки меланина. Альбинизм часто, но не всегда, связан с геном TYR , кодирующим фермент тирозиназу . Тирозиназа необходима меланоцитам для производства меланина из аминокислоты тирозина . [14] Альбинизм также может быть вызван рядом других генов, таких как OCA2 , [15] SLC45A2 , [16] TYRP1 , [17] и HPS1 [18] . Всего выявлено уже 17 типов глазо-кожного альбинизма. [19] Каждый ген связан с различным белком, играющим роль в производстве пигментов.
У людей с синдромом Чедиака-Хигаси наблюдается накопление гранул меланина из-за аномальной функции микротрубочек .
Помимо своей роли поглотителей УФ-радикалов, меланоциты также являются частью иммунной системы и считаются иммунными клетками. [20] Хотя полная роль меланоцитов в иммунном ответе не до конца понята, меланоциты имеют много общих характеристик с дендритными клетками : разветвленная морфология; фагоцитарные возможности; презентация антигенов Т- клеткам ; и производство и высвобождение цитокинов . [20] [21] [22] Хотя меланоциты имеют дендритную форму и имеют много общих характеристик с дендритными клетками, они происходят из разных клеточных линий. Дендритные клетки происходят из гемопоэтических стволовых клеток костного мозга . С другой стороны, меланоциты происходят из клеток нервного гребня . Таким образом, меланоциты и дендритные клетки, хотя морфологически и функционально схожи, не одинаковы.
Меланоциты способны экспрессировать MHC класса II , [21] тип MHC, экспрессируемый только определенными антигенпредставляющими клетками иммунной системы, когда они стимулируются взаимодействием с антигеном или цитокинами. Все клетки любого позвоночного экспрессируют MHC, но большинство клеток экспрессируют только MHC класса I. Другой класс MHC, класс II , обнаруживается только на «профессиональных» антигенпредставляющих клетках, таких как дендритные клетки, макрофаги , В-клетки и меланоциты. Важно отметить, что меланоциты, стимулированные цитокинами, экспрессируют поверхностные белки, такие как CD40 и ICAM1 , в дополнение к MHC класса II, что позволяет совместно стимулировать Т-клетки. [20]
Помимо презентации антигена, одной из ролей меланоцитов в иммунном ответе является выработка цитокинов. [23] Меланоциты экспрессируют множество провоспалительных цитокинов, включая IL-1 , IL-3 , IL-6 , IL-8 , TNF-α и TGF-β . [20] [21] Как и другие иммунные клетки, меланоциты секретируют эти цитокины в ответ на активацию рецепторов распознавания образов (PRR), таких как Toll Like Receptor 4 (TLR4), которые распознают MAMP . MAMP, также известные как PAMP, представляют собой молекулярные структуры, связанные с микробами, небольшие молекулярные элементы, такие как белки, углеводы и липиды, присутствующие на данном патогене или в нем. Кроме того, выработка цитокинов меланоцитами может быть инициирована цитокинами, секретируемыми другими близлежащими иммунными клетками. [20]
Меланоциты идеально расположены в эпидермисе и служат стражами против вредных патогенов. Они находятся в базальном слое , [23] самом нижнем слое эпидермиса , но используют свои дендриты для взаимодействия с клетками в других слоях, [24] и для захвата патогенов, попадающих в эпидермис. [21] Они, вероятно, работают совместно как с кератиноцитами , так и с клетками Лангерганса , [20] [21] оба из которых также являются активными фагоцитами , [23] внося свой вклад в иммунный ответ.
Тирозин – это незаменимая аминокислота, предшественник меланина. Тирозин превращается в дигидроксифенилаланин (ДОФА) с помощью фермента тирозиназы. Затем ДОФА полимеризуется в меланин. После полимеризации в меланин четко видно окислительное превращение производного катехола дофа, катализируемое ионами меди, в светопоглощающий допахинон и индол-5,6-хинон , цвет пигмента варьируется от красного до темно-коричневого.
Многочисленные стимулы способны изменить меланогенез или выработку меланина культивируемыми меланоцитами, хотя метод, с помощью которого это работает, до конца не изучен. Повышенное производство меланина наблюдается при состояниях, когда повышен уровень адренокортикотропного гормона (АКТГ), таких как болезни Аддисона и Кушинга . В основном это является следствием секреции альфа-МСГ вместе с гормоном, связанным с репродуктивными тенденциями у приматов. Альфа-МСГ представляет собой продукт расщепления АКТГ, который имеет такое же сродство к рецептору MC1 на меланоцитах, как и АКТГ. [25]
Меланосомы – это пузырьки , которые упаковывают химическое вещество внутри плазматической мембраны . Меланосомы организованы в виде колпачка , защищающего ядро кератиноцита . Когда ультрафиолетовые лучи проникают через кожу и повреждают ДНК, фрагменты тимидиндинуклеотида (pTpT) из поврежденной ДНК запускают меланогенез [26] и заставляют меланоцит производить меланосомы, которые затем переносятся дендритами в верхний слой кератиноцитов.
Предшественником меланоцита является меланобласт . У взрослых стволовые клетки содержатся в области выпуклости внешней корневой оболочки волосяных фолликулов . Когда волос теряется и волосяной фолликул восстанавливается, стволовые клетки активируются. Эти стволовые клетки развиваются как в предшественников кератиноцитов , так и в меланобласты – и эти меланобласты снабжают волосы и кожу (перемещаясь в базальный слой эпидермиса ). Имеются дополнительные доказательства того, что стволовые клетки меланоцитов присутствуют в кожных нервах, а нервные сигналы заставляют эти клетки дифференцироваться в меланоциты кожи. [27]
