Меланоциты — это клетки, продуцирующие меланин , полученные из нервного гребня [3], расположенные в нижнем слое ( базальном слое ) эпидермиса кожи , среднем слое глаза ( сосудистой оболочке глаза ), [4] внутреннем ухе , [5] эпителии влагалища , [6] мозговых оболочках , [7] костях , [8] и сердце, обнаруженные у многих млекопитающих и птиц . [9] Меланин — это темный пигмент, в первую очередь отвечающий за цвет кожи . После синтеза меланин содержится в специальных органеллах, называемых меланосомами , которые могут транспортироваться в близлежащие кератиноциты , вызывая пигментацию. Таким образом, более темные тона кожи содержат больше меланосом, чем более светлые тона кожи. Функционально меланин служит защитой от УФ-излучения . Меланоциты также играют роль в иммунной системе .
В ходе процесса, называемого меланогенезом, меланоциты вырабатывают меланин , который является пигментом, присутствующим в коже , глазах , волосах , носовой полости и внутреннем ухе . Этот меланогенез приводит к длительной пигментации, которая отличается от пигментации, возникающей в результате окисления уже существующего меланина.
Существуют как базальные, так и активированные уровни меланогенеза; в целом, у людей со светлой кожей базальные уровни меланогенеза низкие. Воздействие УФ-В-излучения вызывает повышенный меланогенез. Целью меланогенеза является защита гиподермы , слоя под кожей, от повреждения УФ-излучением. Цвет меланина черный, что позволяет ему поглощать большую часть УФ-излучения и блокировать его прохождение через эпидермис. [10]
Поскольку спектры действия солнечного ожога и меланогенеза практически идентичны, предполагается, что они вызваны одним и тем же механизмом. [11] Соответствие спектра действия спектру поглощения ДНК указывает на образование циклобутановых пиримидиновых димеров (ЦПД) — прямого повреждения ДНК .
Обычно на квадратный миллиметр кожи приходится от 1000 до 2000 меланоцитов, что составляет примерно от 5% до 10% клеток базального слоя эпидермиса. Хотя их размер может варьироваться, меланоциты обычно имеют длину 7 мкм.
Как светло-, так и темнопигментированная кожа содержит одинаковое количество меланоцитов [12], при этом разница в цвете кожи обусловлена различиями в упаковке эумеланина в меланосомах кератиноцитов : меланосомы в темной коже «упакованы в перинуклеарные распределенные, эллипсоидные» меланосомы, тогда как меланосомы светлой кожи «собраны в кластеры небольших круглых меланосом». [13] Существуют также различия в количестве и относительном количестве эумеланина и феомеланина . [ 13] Пигментация, включая загар, находится под гормональным контролем, включая пептиды МСГ и АКТГ, которые вырабатываются из предшественника проопиомеланокортина.
Витилиго — это заболевание кожи, при котором на определенных участках кожи отсутствует меланин.
Люди с окулокутантным альбинизмом обычно имеют очень низкий уровень выработки меланина. Альбинизм часто, но не всегда, связан с геном TYR , кодирующим фермент тирозиназу . Тирозиназа необходима меланоцитам для выработки меланина из аминокислоты тирозина . [14] Альбинизм может быть вызван и рядом других генов, таких как OCA2 , [15] SLC45A2 , [16] TYRP1 , [17] и HPS1 [18] , и это лишь некоторые из них. Всего было выявлено уже 17 типов окулокутантного альбинизма. [19] Каждый ген связан с различным белком, играющим определенную роль в выработке пигмента.
У людей с синдромом Чедиака–Хигаси наблюдается накопление гранул меланина из-за аномальной функции микротрубочек .
В дополнение к своей роли поглотителей УФ-радикалов, меланоциты также являются частью иммунной системы и считаются иммунными клетками. [20] Хотя полная роль меланоцитов в иммунном ответе не полностью изучена, меланоциты имеют много общих характеристик с дендритными клетками : разветвленная морфология; фагоцитарные способности; презентация антигенов Т -клеткам ; а также выработка 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 в костном мозге . Меланоциты, с другой стороны, происходят из клеток нервного гребня . Таким образом, хотя морфологически и функционально они схожи, меланоциты и дендритные клетки не являются одним и тем же.
Меланоциты способны экспрессировать MHC класса II [21] , тип MHC, экспрессируемый только определенными антигенпрезентирующими клетками иммунной системы при стимуляции 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» антигенпрезентирующих клетках, таких как дендритные клетки, макрофаги , В-клетки и меланоциты. Важно, что меланоциты, стимулированные цитокинами, экспрессируют поверхностные белки, такие как CD40 и ICAM1, в дополнение к MHC класса II, что позволяет проводить костимуляцию Т-клеток. [20]
Помимо представления антигена, одной из ролей меланоцитов в иммунном ответе является продукция 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-подобный рецептор 4 (TLR4), которые распознают MAMP . MAMP, также известные как PAMP, представляют собой связанные с микробами молекулярные паттерны, небольшие молекулярные элементы, такие как белки, углеводы и липиды, присутствующие на или в данном патогене. Кроме того, продукция цитокинов меланоцитами может быть вызвана цитокинами, секретируемыми другими близлежащими иммунными клетками. [20]
Меланоциты идеально расположены в эпидермисе , чтобы быть часовыми против вредных патогенов. Они находятся в базальном слое [23] , самом нижнем слое эпидермиса , но они используют свои дендриты для взаимодействия с клетками в других слоях [24] и для захвата патогенов, которые проникают в эпидермис. [21] Они, вероятно, работают совместно как с кератиноцитами , так и с клетками Лангерганса [20] [21] которые также являются активно фагоцитирующими [23] , чтобы способствовать иммунному ответу.
Тирозин — это заменимая аминокислота-предшественник меланина. Тирозин преобразуется в дигидроксифенилаланин (ДОФА) с помощью фермента тирозиназы. Затем ДОФА полимеризуется в меланин. Окислительное превращение производного катехола ДОФА, катализируемое ферментом на основе ионов меди, в поглощающий свет допахинон и индол-5,6-хинон отчетливо видно после полимеризации в меланин, цвет пигмента варьируется от красного до темно-коричневого.
Многочисленные стимулы способны изменять меланогенез или выработку меланина культивируемыми меланоцитами, хотя метод, с помощью которого это работает, до конца не изучен. Повышенная выработка меланина наблюдается при состояниях, когда повышается уровень адренокортикотропного гормона (АКТГ), таких как болезнь Аддисона и болезнь Кушинга . Это в основном следствие того, что альфа-МСГ секретируется вместе с гормоном, связанным с репродуктивными тенденциями у приматов. Альфа-МСГ является продуктом 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 в кожу и повреждают ДНК, фрагменты тимидиндинуклеотида (pTpT) из поврежденной ДНК запускают меланогенез [26] и заставляют меланоцит вырабатывать меланосомы, которые затем переносятся дендритами в верхний слой кератиноцитов.
Предшественником меланоцита является меланобласт . У взрослых стволовые клетки содержатся в области выпуклости внешнего корневого влагалища волосяных фолликулов . Когда волос теряется и волосяной фолликул регенерирует, стволовые клетки активируются. Эти стволовые клетки развиваются как в предшественников кератиноцитов, так и в меланобласты, и эти меланобласты снабжают как волосы, так и кожу (перемещаясь в базальный слой эпидермиса ). Существуют также доказательства того, что стволовые клетки меланоцитов присутствуют в кожных нервах, причем нервные сигналы заставляют эти клетки дифференцироваться в меланоциты для кожи. [ 27]
