Melanine: van groot medisch en biologisch belang

Melanine is een universeel pigment, want het wordt gesynthetiseerd door bacteriën, planten, gewervelde dieren, geleedpotigen en vele andere levende wezens. Er zijn twee hoofdtypen en op basis van hun concentraties zien we verschillen tussen lichte en donkere kleuren.

Geschreven en geverifieerd door el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Laatste update: 27 maart, 2023

Melanine is een van de meest voorkomende pigmenten in de natuur. Het wordt niet alleen aangetroffen in de menselijke huid, maar het maakt ook deel uit van de kleur van ogen, haar, veren, eierschalen, de cuticula van veel geleedpotigen en talloze andere biologische structuren.

Buiten de dierenwereld kan melanine worden geproduceerd door verschillende micro-organismen, zoals Vibrio cholerae, Mycobacterium leprae of Bacillus thurigiensis. Van mensen tot bacteriën, er is geen phylum dat niet op de een of andere manier gerelateerd is aan dit essentiële pigment.

Naast dit universele karakter wordt melanine gekenmerkt door het leiden van verschillende pathologieën bij mensen en andere dieren vanwege de overmaat – hyperpigmentatie – of defect – hypopigmentatie. Natuurlijk hebben we te maken met een pigment van veelzijdige aard en vooral van groot medisch en biologisch belang.

Chemische structuur van melanine

Allereerst is het essentieel om dit composiet in een driedimensionaal kader te plaatsen. Om dit te doen, beschrijven we de chemische structuur ervan in een paar regels, gebaseerd op verschillende gespecialiseerde portalen (Spaanse link). Laten we beginnen.

Als eerste kenmerk hebben we te maken met een biopolymeer. Dit betekent dat het een substantie is die bestaat uit macromoleculen van organische aard, die met elkaar verbonden zijn door covalente bindingen – ze komen samen via hun elektronen in de laatste orbitaal.

Bovendien zijn melaninen stijve structuren van geleidende polymeren die zijn samengesteld uit ‘zwart’ polyacetyleen, polypyrole en polyaniline en hun gemengde polymeren. We beperken ons tot de opmerking dat polyacetyleen de eenvoudigste vorm van melanine is.

We kunnen ons dit samengestelde complex dus voorstellen als een reeks ‘cellen’ in de vorm van een honingraat. Hoewel het moeilijk kan zijn om een idee te krijgen van de driedimensionale aard van dit polymeer, kunnen we onderzoeksportalen zoals Pubchem (Engelse link) gebruiken die ons interactief de structuur laten zien.

Belangrijkste soorten

De verschillende melaninen zijn geassocieerd en vormen complexe combinaties, die aanleiding geven tot de verschillende tonen en schakeringen van huidskleur, naast vele andere structuren. Volgens wetenschappelijke tijdschriften (Spaanse link) zijn er twee hoofdtypen:

• Eumelaninen: zwart of bruinachtig van kleur, bevatten zwavel in hun chemische samenstelling en geven donkere tonen. Door de concentratie ontstaan bijvoorbeeld zwarte, blonde of bruine haarkleuren.
• Feomelaninen: gele of rode pigmenten die een hoger zwavelgehalte bevatten dan de vorige. Pheomelanine komt tot expressie bij mensen in omgevingen met een laag eumelaninegehalte en is bijvoorbeeld verantwoordelijk voor sproeten.

Over het algemeen kan worden gezegd dat hoe meer eumelanine aan een tissue wordt toegevoegd, hoe donkerder het zal lijken, terwijl hoe hoger de pheomelanineconcentratie, hoe lichter het zal zijn. Al deze waarden zijn onderhevig aan verandering, aangezien de melanineproductie kan variëren met de leeftijd.

Melanocyten

We kunnen niet verder gaan zonder de melanocyten, de cellen die gespecialiseerd zijn in de aanmaak van melanine, te vermelden. Volgens studies maken ze tot 5% uit van de populatie epidermale cellen.

We hebben te maken met een dendritische cel —met immuunfuncties—, met helder cytoplasma en een kleine eivormige kern. Bovendien presenteert het verschillende cytoplasmatische uitsteeksels om tegelijkertijd met andere epitheelcellen te interageren.

Tot slot omvatten melanocyten qua structuur melanosomen. Dit zijn door een lipidemembraan afgebakende organellen, een structuur waarin zich melanine bevindt.

Naast pigmentatie nemen melanocyten ook actief deel aan het immuunsysteem. Behalve dat ze deel uitmaken van de primaire fysieke barrière, dat wil zeggen de huid, is waargenomen dat deze cellen signaalmoleculen produceren die gericht zijn op verschillende immuuncellen, bijvoorbeeld pro-inflammatoire cytokines of chemokines.

Biosynthese van melanine

De hierboven beschreven cellen worden gevormd in de neurale lijst en migreren tijdens de embryonale ontwikkeling naar de opperhuid en de haarfollikels. Melanocyten zijn verantwoordelijk voor het produceren van het pigment waar het hier om gaat, via een proces dat we melanogenese noemen.

Tyrosine, een van de 20 eiwitvormende aminozuren, is nodig voor dit proces. Samenvattend vinden er verschillende enzymgemedieerde oxidaties van tyrosine plaats, een proces dat aanleiding geeft tot DOPA —dihydroxyfenylalanine—.

Daarna volgt de aanmaak van dopaquinon, een veel voorkomende verbinding die de directe voorloper zal zijn van eumelanine of pheomelanine, via twee verschillende routes. Kortom, we hebben te maken met een complex chemisch proces dat rechtstreeks wordt gemedieerd door melanocyten.

Functie van melanine

Het is moeilijk om de functie van melanine in een paar regels te beschrijven, omdat het vele toepassingen heeft. Toch kunnen we de beschermende werking van dit pigment tegen UV-licht in de volgende regels samenvatten:

1. Melanogenese vindt plaats in de diepste laag van de epidermis – basale laag – en in de cellen van de haarzakjesmatrix.
2. De synthese wordt gestimuleerd door blootstelling aan ultraviolette (UV) straling. Zo beschermt melanine het DNA van keratinocyten – dominante cellen in de opperhuid – tegen die elektromagnetische straling.
3. Melanine absorbeert schadelijke ultraviolette straling en zet deze om in warmte-energie door middel van ultrasnelle omzetting.
4. Hierdoor kan het pigment meer dan 99,9% van de geabsorbeerde straling als warmte afvoeren – onschadelijk van aard.

Deze functionaliteit is van vitaal belang, omdat volgens informatieve portalen (Spaanse link) ultraviolette straling van de zon cellulair DNA kan vernietigen en vatbaar kan maken voor kankerverwekkende processen. Het gevaar van dit mutagene potentieel is zo groot dat van sommige cellen is vastgesteld dat ze ‘zelfmoord plegen’ uit vrees dat ze deze schadelijke, door de zon veroorzaakte defecten in stand houden.

In ieder geval theoretiseren experts (Spaanse link) dat melanine specifieke functies heeft, afhankelijk van het organisme dat het produceert. Dit pigment beschermt bijvoorbeeld Vibrio–bacteriën tegen thermische en hyperosmolaire schokken in estuaria, waardoor ze bestand zijn tegen verschillende barre omgevingen.

Het is ook verrassend te horen dat verschillende fytopathogene schimmels — die planten aantasten — melanine nodig hebben om ziekten te veroorzaken. Dit bevordert de hypothese dat het pigment gerelateerd is aan virulentie voor plantpathogenen.

Melanine en de mens

Afgezien van de individuele beschermende functie, is het duidelijk dat dit pigment esthetische waarde heeft in de algemene samenleving. Opgemerkt moet worden dat de verschillende etniciteiten van de wereld ongeveer hetzelfde aantal melanocyten hebben, maar mensen met een donkere huidskleur hebben een grotere celactiviteit.

Toch is de verdeling van dit pigment niet gelijk over het hele lichaam:

• Op het gezicht en de hoofdhuid presenteren we ongeveer 2000 melanocyten per vierkante millimeter.
• Het genitale gebied is het meest bevolkt door dit celtype, aangezien we ongeveer 2400 melanocyten per vierkante millimeter kunnen waarnemen.
• De romp en extremiteiten hebben een lagere waarde, ongeveer 1500 cellichamen per vierkante millimeter.
• Melanine wordt ook gevonden buiten de huid: het is aanwezig in de bekleding van het netvlies, de medulla en zona reticularis van de bijnier, het binnenoor, de substantia nigra en de blauwe vlek van de hersenen of locus ceruleus.

Bovendien moet worden opgemerkt dat melanine niet alleen ruimtelijk varieert, maar ook op temporele schaal. Reeds aangehaalde studies onderstrepen dat mensen 10% van de melanocyten verliezen voor elk decennium van hun leven. Wanneer de stamcellen van de melanocyten van het haarzakje afbreken, ontstaan de bekende grijze haren.

Melanine en ziekten

Volgens medische portalen zoals de National Library of Medicine in de Verenigde Staten (Engelse link) zijn er verschillende pathologieën van pigmentaire aard. Sommige van deze syndromen en aandoeningen kunnen gelokaliseerde regio’s aantasten en andere het hele lichaam. Hier is een korte lijst van enkele van hen:

• Melanoom: het is de meest ernstige vorm van huidkanker (Engelse link). Melanocyten groeien door mutaties in hun DNA ongecontroleerd en vormen een massa. Er wordt aangenomen dat overmatige blootstelling aan UV-straling het ontstaan van dit type tumor kan bevorderen.
• Albinisme: hoewel er veel soorten (Spaanse link) zijn, kan het worden samengevat als een aandoening die wordt gekenmerkt door de afwezigheid of afname van melaninepigment in de huid, ogen en haren. Naar schatting treft het 1 op de 20.000 mensen.
• Dyschromieën: fysiologische of pathologische veranderingen van de normale kleur van de huid. Een toename van de melanineproductie door bestaande melanocyten of een verhoogde proliferatie van actieve melanocyten kan donkere vlekken op de huid veroorzaken.
• Melasma: dit is een verworven hypermelanose van de huid, vooral bij zwangere vrouwen. Aangenomen wordt dat de overproductie van melanocyt-stimulerende hormonen als gevolg van stress een deel van de oorzaak kan zijn.

Zoals we hebben gezien, zijn er meerdere pathologieën die rechtstreeks verband houden met de productie van melanine en melanocyten. Toch ligt de aanwezigheid van een abnormaal gepigmenteerde huid niet altijd in dit pigment, aangezien het normaal is dat bepaalde gebieden donkerder worden na ontstekingsprocessen.

Een essentieel pigment

Zoals we hebben gezien, is melanine een pigment dat veel verder gaat dan de kleur van haar of ogen: het beschermt ons tegen de schadelijke effecten van UV-licht, het is aanwezig in bepaalde delen van de hersenen en sommige micro-organismen gebruiken het om te overleven in extreme omstandigheden. omgevingen.

We hebben een uitstekende beschermer tegen omgevingsinvloeden geïntegreerd, maar dat betekent niet dat we vrijgesteld zijn van gevaar. Groepen zoals de Spaanse Vereniging tegen Kanker (Spaanse link) waarschuwen ons dat huidkanker en de zon nauw verwant zijn. Daarom is het, ondanks dit geweldige beschermingsmechanisme, essentieel om bewust te worden van de gevaren.