Eumelanīna un feomelanīna nozīme ādas slimību diagnostikā

1. Eumelanīna un feomelanīna nozīme ādas slimību diagnostikā Lauma Valeine Veselības centra 4 Skaistuma klīnika 4. Dimensija Dermatoloģe Rīga, 2011. gada 8. novembris Eiropas Sociālā fonda projekts „BIOFOTONIKAS PĒTĪJUMU GRUPA” (Līguma Nr. 2009/0211/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/077)

2. Āda-vai tikai ārējā sega?

3. Melanocīti un to izcelsme • Pigmentu producējošās ādas šūnas melanocīti un to aktivitāte ir galvenais noteicošais faktors, kas piešķir krāsu ādai un matiem. • Embrioģenēzes laikā melanoblasti no nervu kores migrē uz epidermas bazālo slāni un matu matrici, kur tie diferencējas melanocītos. • Daļa melanoblastu nesasniedz epidermu, bet paliek dermā

4. Melanocītu uzbūve • Novietoti bazālajā slānī, izvietojuši savus dendrītiskos izaugumus starp augstāk esošām epidermas šūnām. • Katrs melanocīts saistīts ar 30 keratinocītiem > epidermālā melanīna vienība. To aktivitāte mainās, bet attiecības nemainās. • Melanocītu – keratinocītu attiecība 1:10. • Vaigu, pieres E 1mm2 ir 2000 melanocītu, citur 2 r. mazāk. • Ar katru dzīves desmitgadi melanocītu daudzums samazinās par 10% • (nosirmošanas process).

5. Melanosomas • Unikālas citoplazmātiskās organellas, kurās tiek producēts melanīns. • Melanosomās atrodas arī citas svarīgas sastāvdaļas: metāla katjoni (Ca2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+), proteīni un lipīdi, kuru loma nav izpetīta. • Goldži aparātā veidojas premelanosomas I, premelonosomas II.

6. Melanoģenēze • Melanosmās enzīmu Tirozināzes(glikoproteīns,kas atrodas to membrānās) un TRP(Tirozināzei radniecīgā proteīna) ietekmē aminoskābe Tirozīns parveidojas par citiem ķīmiskiem savienojumiem, kas rada melanīnu. • Melanosomu transports uz apkārt esošo keratinocītu izaugumiem (melanosomas izplatās kopā ar keratinocītu augšup vērsto kustību). • Endocitozes ceļā melanosomas iekļūst keratinocītu citoplazmā t.s. citokrīnā sekrēcija.

7. Ādas krāsu nosaka vairāku secīgu procesu kaskāde: • melanoblastu migrācija no neirālās kores un to diferencēšanās līdz melanocītiem;• strukturālo proteīnu un enzīma tirozināzes veidošanās melanocītos;• melanizācijas process melanocītos;• melanosomu kustība uz dendrītiskajiem izaugumiem;• atsevišķu melanosomu vai to kompleksu iekļūšana (inkorporācija) keratinocītos;• melanocītu degradācija keratinocītos.

8. Cilvēka ādas krāsa • Katram cilvēkam ādas krāsu nosacīti var iedalīt konstitūcijas jeb ģenētiski noteiktajā un fakultatīvajā jeb ultravioletās radiācijas noteiktajā. • Ādas krāsa ir atkarīga no melanosomu lieluma, daudzuma, formas, kā arī no to izvietojuma, kā arī no tajās esošā melanīna dabas(veida). Melanocītu daudzums visām rasēm ir līdzīgs. • Melnās rases cilvēkiem melanosomu degradācija (sabrukšana) notiek lēnāk. Histololoģiskie attēli, Fontana-Massa krāsojums

9. Melanīna sintēze L-Fenilalanīns TH-1 FAH Hidroksilācija Oksidācija L-Tirozīns L-DOPA Cisteinildopa L-Dopakvinons Polimerizācija Tirozināze 5,6-Dihidroksiindolins Dopahroms Feomelanīns TRP-2(DCT) Polimerizācija 5,6-Dihidroksiindols- 2-Karboksliskābe Pētījumi liecina, ka TRP-1 palielina eumelanīna un feomelanīna attiecību. Indola 5,6 kvinons TRP-1 Indola 5,6-kvinona karboksilskābe Eumelanīns FAH-Fenilalanīna hidroksilāze TH1-Tirozīna hidroksilāze DCT-Dopahroma tautomerāze TRP1,2-Tirozinazes atkarīgie proteīni

10. Melanoģenēzi regulē: • MITF(mikroftalmia asociētais transkripcijas faktora gēns): ir viens no noteicošajiem proteīniem, atbild par melanīna sintēzi, melanosomu bioģenēzi un transportu. • POMC(proopiomelanokortīna atvasinatie peptīdi): alfa, beta MSH(melanocītus stimulējošais hormons), kuri darbojas ar cAMP(cikliskā adenozīna monofosfata) līdzdalību. • ACTH(adrenokortikotropais hormons) • Endotelīns-1, cilmes šūnu faktors, prostaglandīni, kateholamīni u.c. Faktori.

11. Eumelanīns (eimelanīns) • Slāpekli saturošs, nešķīstošs polimērs, divi apakštipi: 5,6- di hidro oksi indolu (DHI), tā krāsa variē no tumši brūnas līdz melnai un 5,6- di hidro oksi indola-2-karboksil skābe (DHICA), kas ir gaiši brūns. • Vesela cilvēka ādā eumelanīns ir pārsvarā, samazinātu tā daudzumu novēro cilvēkiem, kas slimo ar albīnismu. • Tam piemīt spēja gan ķert, gan atvairīt skābekļa un oglekļa izcelsmes brīvos radikāļus.

12. Feomelanīns • Feomelanīns ir gaiši sarkanas – dzeltenes nokrāsas sēru saturošs un sārmā šķīstošs polimērs, tas, galvenokārt, ir būvēts no 1,4-benzothiazīna vienības. • Atrod matos un ādā gan cilvēkiem ar gaišu ādu, gan tumsnēju. Feomelanīnam piemīt sarkanīga nokrāsa, tādēļ īpaši lielā daudzumā to atrod rudmatainiem cilvēkiem • UV starojumam iedarbojoties uz feomelanīnu četras reizes palielinās NADH oksidācija kā apstarojot eumelanīnu - feumelanīns producē vairāk superoksīda anjonu kā eumelanīns – UVS ietekmē kļūst karcinogēns.

13. Ja MC1R saistās pie MSH veidojojas eumelanīns, ja MC1R saistās ar aguti proteīnu, veidojas feomelanīns. • Red-oks. apstākļi ir izšķiroši eu/feomelanīna sintēzē. Eu- vai feomelanīna tiešā veidā tiek regulēta ar reducēto glutationu(augsts tā daudzums –eumelanīns; zems – feomelanīns)

14. Melanīns un UV starojums • Fotoķīmisko īpašību dēļ melanīns ir izcils fotoprotektants. Tas spēj apsorbēt 90% UVS, nodrošinot aizsardzību pret UV starojumu no 200-2400 nm, ar maksimumu 3-6 mm zonā • Fotoaizsardzības līmenis tiek noteikts izmantojot dažādus kritērijus: Minimālo eritēmas devu(MED), DNS bojajumus, ādas vēža sastopamību. • Ādas konstitutīvai pigmentācijai (fototipam) piemīt fotoprotektīvas īpašības. Tas var sasniegt SPF 10-15. • Fotodegradācija jeb fotolīze un/vai oksidatīvā polimerizācija sākās tikko melanīns ir absorbējis fotonus. • Gaismas ietekmē melanīns degradējas, jonizējās vai producē brīvos radikāļus (fotohomolīze). • UVS ir spēcīgs ārējais pigmentācijas regulētājs.

15. Āda pēc UVS ekspozīcijas: ciklobutāna pirimidīna dimēri

16. Neinvazīvas diagnostikas iespējas • Multifotonu tomogrāfija(DermaInspect, JenLab GmbH, Jena, Germany) • Var noteikt melanosomu daudzumu Melanosomu izkartojums dažādās anatomiskajās lokalizācija

17. Ādas konfokālā lāzermikroskopija • Iespējams noteikt proporcionālo eu/feomelanīna sadalījumu ādā • Melanocītu, melanosomu lielumu, formu. Attēli pirms/pēc UVS ekspozīcijas.

18. Lāzermikroskopija • Mikroskopisks attēls ar lāzeri apstarotiem veidojumiem: A Displastisks nēvus, zaļā krāsā feomelanīns bazālajā slānī, eumelanīna nav; • B:Melanoma, lieli melanīna depoziti, ieskaitot eumelanīnu(sarkans).

19. Vēsturiski fakti • 1. In 1886, Bertrand identified tyrosine as a melanin precursor. • 2. In 1926, Raper isolated dopa, 5,6-dihydroxyindole (DHI),and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid (DHICA)from tyrosinase oxidation products of tyrosine. • 3. In 1948, Mason was able to identify dopachrome by spectroscopy. • 4. In the 1960s, Nicolaus’ group and Swan’s group carriedout extensive degradative studies of eumelanin. • 5. In 1967, Prota proved that cysteinyldopa is a precursor ofpheomelanin. • 6. In 1980, Pawelek found a new factor, now known a dopachrome tautomerase (Dct). • 7. In 1985, Ito established chemical methods to analyse eumelanin and pheomelanin. • 8. In 1985, Land, Riley, and colleagues introduced pulse radiolysis to study melanogenesis.

20. Pētījumu virzieni • UV staru ietekme uz ādu: akūtie un hroniskie bojājumi(Michaela Brennar and Vince Hearing) • UV staru un metāla jonu iedarbība uz cilvēka ādu, kanceroģenēzi (Gidanian et al.). • Kombinetās melanoģenēzes mehānisma izpēte (eumelanīna/feomelanīna attiecības) (Kazumasa Wakamatsu). • Eumelanīna optisko īpašību izpete.

21. Atsauces • John D. Simon and Małgorzata Rozanowska, Perspectives on the structure and function of melanin; Pigment Cell Melanoma Res. 21; 346–347, 2008 • J. M. Gillbro and M. J. Olsson, Melanogenesis and skin-lightening agents; International Journal of Cosmetic Science, 2011, 33, 210–221 • DURHAM, N.C., Feb. 23, 2011 — High-resolution images from a laser-based tool developed at Duke University could help doctors better diagnose melanoma, the deadliest form of skin cancer. (photonics.com) • SHOSUKE ITO, PIGMENT CELL RES 16: 230–236. 2003,A Chemist’s View of Melanogenesis • Josef Kerimo1, Milind Rajadhyaksha2 and Charles A. DiMarzio*1,3, Photochemistry and Photobiology, 2011, 87: 1042–1049, Enhanced Melanin Fluorescence by Stepwise Three-photon Excitation

22. Paldies par uzmanību!