Znajdź zawartość

Melanocyty wykrywają promieniowanie UVA, wykorzystując rodopsynę - światłoczuły barwnik, o którym wcześniej sądzono, że występują tylko w siatkówce oka. Prowadzi to do wytwarzania znaczących ilości melaniny w ciągu zaledwie paru godzin od ekspozycji, co pozwala zapobiec uszkodzeniom materiału genetycznego. Dotąd wiedziano o produkcji melaniny, która rozpoczyna się parę dni po zapoczątkowaniu uszkodzenia DNA przez promieniowanie UVB. Jak tylko znajdziesz się na słońcu, Twoja skóra wie, że oddziałuje na nią promieniowanie ultrafioletowe. To błyskawiczny proces, o wiele szybszy niż zakładano - wyjaśnia prof. Elena Oancea. Podczas eksperymentów laboratoryjnych studentka Oancea Nadine Wicks odkryła wraz z zespołem, że w melanocytach występuje rodopsyna. Udało się także prześledzić etapy uwalniania przez rodopsynę jonów wapnia. Sygnał ten zapoczątkowuje produkcję melaniny. W pierwszym eksperymencie Amerykanie sprawdzali, czy promieniowanie UV uruchamia wapniowy szlak przekazu sygnału (w cytoplazmie komórki wzrasta stężenie kationów Ca2+). Nic się nie stało, ale biolodzy podejrzewali, że skóra może wyczuwać światło jak oko. Dodali więc retinal - kofaktor receptorów opsynowych, a więc i rodopsyny. Gdy światło pada na siatkówkę, 11-cis-retinal (kofaktor) absorbuje foton i następuje przekształcenie w trans-retinal. Zmiana kształtu retinalu wywołuje odpowiadającą transformację białka rodopsyny, czyli opsyny. Kiedy to zrobiliśmy, zobaczyliśmy natychmiastową, masywną reakcję wapniową - opowiada Wicks. Później naukowcy zauważyli, że melanocyty zawierają RNA i białka rodopsyny. Kiedy na komórki oddziaływano promieniowaniem UV, redukcja poziomu rodopsyny ograniczała sygnalizację wapniową. Gdy brakowało retinalu, spadała produkcja melaniny. Ustalono też, że rodopsynę w melanocytach stymuluje raczej promieniowanie UVA niż UVB. Oancea i Wicks zastanawiają się, czy rodopsyna działa sama, czy współpracuje z nieznanym jeszcze receptorem. W przyszłości trzeba się też będzie ustalić, czy melanocyty natychmiast eksportują melaninę do innych typów komórek skóry, czy też pierwsze jej partie zatrzymują, chroniąc siebie.

Niewykluczone, że naukowcom uda się zapobiec siwieniu, jednej z najbardziej widocznych oznak starzenia. Specjaliści z NYU Langone Medical Center odkryli bowiem, że szlak sygnałowy Wnt, znany z kontrolowania wielu procesów biologicznych, odpowiada też za komunikację między mieszkami włosowymi a komórkami macierzystymi melanocytów. Może w ten sposób regulować pigmentację włosów. Od dziesięcioleci wiedzieliśmy, że komórki macierzyste mieszków włosowych i wytwarzających pigment melanocytów współpracują, by wytworzyć zabarwiony włos, ale nie mieliśmy pojęcia dlaczego [i jak]. Odkryliśmy, że szlak sygnałowy Wnt jest niezbędny do kontrolowania działania tych dwóch linii komórek macierzystych i pigmentacji włosów - wyjaśnia dr Mayumi Ito, szefowa zespołu badawczego. Amerykanie uważają, że manipulując szlakiem Wnt, będzie można odwrócić siwienie lub mu zapobiec. Ich badania mogą także posłużyć jako model regeneracji tkanek. Ludzkie ciało dysponuje wieloma typami komórek macierzystych, które potencjalnie mogą regenerować [...] narządy. Mechanizmy stojące za komunikacją komórek macierzystych włosów i kontrolowaniem ich koloru podczas wymiany mogą dostarczyć wskazówek dot. regeneracji złożonych organów, zbudowanych z wielu różnych rodzajów komórek. Pracując na modelu mysim, akademicy wykazali, że wyeliminowanie szlaku Wnt (zahamowanie lub działanie odbiegające od normy) w mieszkach włosowych nie dopuszcza do odrostu włosów oraz niezbędnej do zabarwienia włosów aktywacji melanocytów. Studium doktor Ito stanowi dowód na to, że zachowanie melanocytów jest związane z regeneracją włosów. Pozwala zrozumieć nie tylko siwienie, ale i chorobę polegającą na niekontrolowanym wzroście melanocytów - czerniaka.

Siwienie to skutek zaniku komórek macierzystych melanocytów w mieszkach włosów. Dzieje się tak, ponieważ jak wszystkie inne, komórki te podlegają tzw. stresowi genotoksycznemu, a my sami nie pomagamy własnym organizmom, paląc, denerwując się czy prowadząc niezdrowy tryb życia (Cell). Emi Nishimura, szef zespołu z Kanazawa University, wyjaśnia, że DNA w komórkach jest nieustannie atakowane przez czynniki uszkadzające, takie jak mutagenne chemikalia, światło ultrafioletowe czy promieniowanie. Szacuje się, że pojedyncza ssacza komórka przeżywa ok. 100 tysięcy uszkadzających materiał genetyczny sytuacji dziennie. Japończycy połączyli siwienie ze stopniowym zanikiem komórek macierzystych, które zapewniają stały dopływ nowych melanocytów. Wg nich, wyspecjalizowane komórki nie tylko "wymierają", ale także przekształcają się w inne komórki barwnikowe lub trafiają w niewłaściwe miejsca. Dalsze badania na myszach wykazały, że za siwienie odpowiadają niereperowalne uszkodzenia DNA. W ramach naszego studium odkryliśmy, że siwienie włosów, najbardziej oczywisty [i widoczny] przejaw starzenia, może być powodowane przez uszkodzenie genów, które oddziałuje na różnicowanie komórek macierzystych. Sugeruje to, że siwienie jest uruchamiane przez akumulację nieuniknionych uszkodzeń DNA. W zdrowych włosach komórki macierzyste melanocytów migrują do określonej części mieszka włosowego (opuszki), gdzie wypełniają się melaniną, a następnie (już jako melanocyty) przemieszczają się do łodygi włosa. W siwych włosach komórki macierzyste przekształcają się w melanocyty w niewłaściwych miejscach. W takich okolicznościach nazywa się je komórkami ektopowymi. Japońskie badanie wykazało też, że by włosy zachowały swój kolor, konieczne jest istnienie sprawnie funkcjonującego punktu kontrolnego – enzymu ATM. To on kieruje ruchem komórek macierzystych i decyduje, czy przekształcą się one w melanocyty, czy komórki ektopowe.

Naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia uda im się wynaleźć metodę uzyskiwania prawdziwej opalenizny bez konieczności opalania się na słońcu. Byłaby ona bezpieczna nawet dla jasnych i wrażliwych cer. Obecnie pracują ze związkiem uzyskiwanym z roślin — forskoliną. Występuje ona m.in. w korzeniach pokrzywy indyjskiej. Chroni myszy przed promieniowaniem UV i pozwala jednocześnie uzyskać efekt opalenizny, stymulując melanocyty skóry do wytwarzania pigmentu. Forskolina jest znana także jako substancja pobudzająca termogenezę oraz aktywująca proces spalania tkanki tłuszczowej. Zdolność do opalania się jest w dużej mierze kontrolowana przez hormon melanotropowy (ang. melanocyte-stimulating hormone), który łączy się z receptorami melanokortyny typu pierwszego (MC1R), znajdującymi się na zewnątrz melanocytów. U wielu osób z rudymi włosami i jasną karnacją występują defekty tych receptorów, co w praktyce oznacza, że właściwie nie mogą się opalić i są w związku z tym narażone na nowotwory skóry. John D'Orazio z University of Kentucky College of Medicine w Lexington posłużył się w swoich eksperymentach myszami z wydepilowaną sierścią (wszystkie miały nieprawidłowe receptory MC1R). Na skórę zwierząt nanoszono forskolinę. Naukowiec chciał w ten sposób wykazać, że gryzonie mogą odzyskać zdolność do wytwarzania melaniny. Kiedy myszy były smarowane forskoliną na cztery godziny przed wystawieniem na działanie promieniowania ultrafioletowego, były w stanie się "opalić". W drugim eksperymencie wzięły udział myszy podobne do tych z pierwszego badania. Były szczególnie podatne na zachorowanie na nowotwór skóry. Codziennie przez 20 tygodni poddawano je działaniu odpowiednika 1-2 godzin promieniowania słonecznego na Florydzie w godzinach południowych. U 9 gryzoni z grupy kontrolnej rozwinęło się 11 guzów, występowały też objawy uszkodzenia skóry. U 9 zwierząt z grupy smarowanej forskoliną odnotowano tylko 6 przypadków nowotworów, a ich skóra była uszkodzona w mniejszym stopniu. D'Orazio zauważa, że nie ma logicznej przyczyny, czemu metoda jego zespołu badawczego nie miałaby się sprawdzić w przypadku ludzi, chociaż nie przeprowadzono jeszcze odpowiednich prób klinicznych. Ponieważ forskolina stymuluje melanocyty, pozwalałaby uzyskać opaleniznę osobom z jasną karnacją, dostarczając im jednocześnie ochrony przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym. Opalenizna forskolinowa ma też przewagę nad tradycyjnymi kosmetykami z filtrami UV: nie zmywa się. O szczegółach badań można przeczytać na łamach magazynu Nature.