Melanozyten sind melaninproduzierende Zellen neuraler Abstammung [ 3 ] , die in der Basalschicht ( Stratum basale ) der Epidermis , der Uvea ( mittlere Schicht des Auges ) [ 4 ] , dem Innenohr [ 5 ] , dem Vaginalepithel [ 6 ], den Hirnhäuten [7] , den Knochen [ 8 ] und dem Herzen vieler Säugetiere und Vögel vorkommen [ 9 ] . Melanin ist ein dunkles Pigment , das hauptsächlich für die Hautfarbe verantwortlich ist . Nach seiner Synthese wird Melanin in speziellen Organellen , den Melanosomen, gespeichert, die zu benachbarten Keratinozyten transportiert werden können, um die Pigmentierung auszulösen. Dunklere Hauttöne weisen daher mehr Melanosomen auf als hellere. Melanin dient dem Schutz vor UV-Strahlung . Melanozyten spielen außerdem eine Rolle im Immunsystem .

Funktion

Illustration eines Melanozyten
Mikroskopische Aufnahme von Melanozyten in der Epidermis

Durch einen Prozess namens Melanogenese produzieren Melanozyten Melanin , ein Pigment, das in Haut , Augen , Haaren , Nasenhöhle und Innenohr vorkommt . Diese Melanogenese führt zu einer lang anhaltenden Pigmentierung, im Gegensatz zur Pigmentierung, die durch Oxidation von bereits vorhandenem Melanin entsteht.

Es gibt sowohl basale als auch aktivierte Melanogenese-Werte; im Allgemeinen weisen hellhäutige Menschen niedrige basale Melanogenese-Werte auf. Die Exposition gegenüber UV-B-Strahlung führt zu einer erhöhten Melanogenese. Zweck der Melanogenese ist der Schutz der Hypodermis , der Hautschicht unter der Haut, vor Schäden durch UV-Strahlung. Die Farbe des Melanins ist schwarz, wodurch es einen Großteil des UV-Lichts absorbiert und dessen Eindringen in die Epidermis verhindert. [ 10 ]

Da die Wirkungsspektren von Sonnenbrand und Melanogenese nahezu identisch sind, wird angenommen, dass sie durch denselben Mechanismus ausgelöst werden. [ 11 ] Die Übereinstimmung des Wirkungsspektrums mit dem Absorptionsspektrum der DNA deutet auf die Bildung von Cyclobutan-Pyrimidin-Dimeren (CPDs) – eine direkte DNA-Schädigung – hin .

Typischerweise finden sich zwischen 1000 und 2000 Melanozyten pro Quadratmillimeter Haut, was etwa 5 % bis 10 % der Zellen in der Basalschicht der Epidermis entspricht. Obwohl ihre Größe variieren kann, sind Melanozyten typischerweise 7 μm lang.

Sowohl hell- als auch dunkelpigmentierte Haut weisen eine ähnliche Anzahl an Melanozyten auf [ 12 ]. Der Unterschied in der Hautfarbe beruht auf der unterschiedlichen Anordnung des Eumelanins in den Melanosomen der Keratinozyten : Bei dunkler Haut ist es in perinukleär verteilten, ellipsoiden Melanosomen eingelagert, während es bei heller Haut in kleinen, kreisförmigen Clustern vorliegt [ 13 ] . Auch die Menge und das relative Verhältnis von Eumelanin und Phäomelanin unterscheiden sich [ 13 ] . Die Pigmentierung, einschließlich der Bräunung, wird hormonell gesteuert, unter anderem durch die Peptide MSH und ACTH, die aus dem Vorläufer Proopiomelanocortin gebildet werden.

Vitiligo ist eine Hautkrankheit, bei der es den Betroffenen in bestimmten Hautbereichen an Melanin mangelt.

Menschen mit okulokutanem Albinismus weisen typischerweise eine sehr geringe Melaninproduktion auf. Albinismus ist häufig, aber nicht immer, mit dem TYR -Gen assoziiert, das für das Enzym Tyrosinase kodiert . Tyrosinase ist für die Melanozyten notwendig, um Melanin aus der Aminosäure Tyrosin zu produzieren . [ 14 ] Albinismus kann auch durch eine Reihe anderer Gene verursacht werden, wie beispielsweise OCA2 [ 15 ] , SLC45A2 [ 16 ] , TYRP1 [ 17 ] und HPS1 [ 18 ] , um nur einige zu nennen. Insgesamt sind bereits 17 Typen von okulokutanem Albinismus bekannt. [ 19 ] Jedes Gen ist mit einem anderen Protein assoziiert , das eine Rolle bei der Pigmentproduktion spielt.

Bei Menschen mit Chédiak-Higashi-Syndrom kommt es aufgrund einer abnormalen Funktion der Mikrotubuli zu einer Ansammlung von Melaningranula .

Rolle im Immunsystem

Neben ihrer Funktion als UV-Radikalfänger sind Melanozyten auch Teil des Immunsystems und gelten als Immunzellen. [ 20 ] Obwohl die genaue Rolle der Melanozyten in der Immunantwort noch nicht vollständig geklärt ist, weisen sie viele Gemeinsamkeiten mit dendritischen Zellen auf : verzweigte Morphologie, Phagozytosefähigkeit , Antigenpräsentation an T-Zellen sowie Produktion und Freisetzung von Zytokinen . [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] Obwohl Melanozyten dendritisch geformt sind und viele Merkmale mit dendritischen Zellen teilen, stammen sie aus unterschiedlichen Zelllinien. Dendritische Zellen entwickeln sich aus hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark . Melanozyten hingegen entstehen aus Neuralleistenzellen . Daher sind Melanozyten und dendritische Zellen trotz ihrer morphologischen und funktionellen Ähnlichkeit nicht identisch.

Melanozyten können MHC-Klasse II exprimieren [ 21 ] , einen MHC-Typ, der nur von bestimmten antigenpräsentierenden Zellen des Immunsystems exprimiert wird, wenn sie durch die Interaktion mit Antigenen oder Zytokinen stimuliert werden. Alle Zellen eines jeden Wirbeltiers exprimieren MHC, die meisten jedoch nur MHC-Klasse I. Die andere MHC-Klasse, Klasse II , findet sich ausschließlich auf „professionellen“ antigenpräsentierenden Zellen wie dendritischen Zellen, Makrophagen , B-Zellen und Melanozyten. Wichtig ist, dass durch Zytokine stimulierte Melanozyten neben MHC-Klasse II auch Oberflächenproteine ​​wie CD40 und ICAM-1 exprimieren , was eine Kostimulation von T-Zellen ermöglicht. [ 20 ]

Neben der Antigenpräsentation ist die Zytokinproduktion eine der Aufgaben von Melanozyten in der Immunantwort. [ 23 ] Melanozyten exprimieren zahlreiche proinflammatorische Zytokine, darunter IL-1 , IL-3 , IL-6 , IL-8 , TNF-α und TGF-β . [ 20 ] [ 21 ] Wie andere Immunzellen sezernieren Melanozyten diese Zytokine als Reaktion auf die Aktivierung von Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) wie dem Toll-like-Rezeptor 4 (TLR4), der MAMPs erkennt . MAMPs, auch PAMPs genannt, sind mikrobielle assoziierte molekulare Muster, kleine Moleküle wie Proteine, Kohlenhydrate und Lipide, die auf oder in einem bestimmten Pathogen vorkommen. Darüber hinaus kann die Zytokinproduktion von Melanozyten durch Zytokine ausgelöst werden, die von anderen benachbarten Immunzellen sezerniert werden. [ 20 ]

Melanozyten sind in der Epidermis ideal positioniert , um als Wächter gegen schädliche Krankheitserreger zu fungieren. Sie befinden sich im Stratum basale [ 23 ] , der untersten Schicht der Epidermis , und nutzen ihre Dendriten, um mit Zellen anderer Schichten zu interagieren [ 24 ] und in die Epidermis eindringende Krankheitserreger zu fangen [21]. Wahrscheinlich arbeiten sie mit Keratinozyten und Langerhans-Zellen zusammen [ 20 , 21 ] , die beide ebenfalls aktiv phagozytieren [ 23 ] , um zur Immunantwort beizutragen.

Melanogenese

Die Bräunung der Haut erfolgt durch die Melaninproduktion, wenn externes UV-Licht die umgebenden Hautzellen zur Freisetzung von α-MSH-Hormonen anregt.

Tyrosin ist die nicht-essentielle Aminosäurevorstufe von Melanin. Durch das Enzym Tyrosinase wird Tyrosin in Dihydroxyphenylalanin (DOPA) umgewandelt. Anschließend polymerisiert DOPA zu Melanin. Die kupferionenbasierte, enzymkatalysierte oxidative Umwandlung des Catecholderivats DOPA über das lichtabsorbierende Dopaquinon zu Indol-5,6-chinon ist nach der Polymerisation zu Melanin deutlich sichtbar; die Farbe des Pigments variiert von Rot bis Dunkelbraun.

Stimulation

Zahlreiche Reize können die Melanogenese, also die Melaninproduktion durch kultivierte Melanozyten, beeinflussen, obwohl der genaue Wirkmechanismus noch nicht vollständig geklärt ist. Eine erhöhte Melaninproduktion tritt bei Erkrankungen mit erhöhtem adrenocorticotropem Hormon (ACTH) auf, wie beispielsweise bei Morbus Addison und Morbus Cushing . Dies ist hauptsächlich eine Folge der gleichzeitigen Sekretion von α-MSH mit dem Hormon, das bei Primaten mit Fortpflanzungstrieben assoziiert ist. α-MSH ist ein Spaltprodukt von ACTH und besitzt die gleiche Affinität zum MC1-Rezeptor auf Melanozyten wie ACTH. [ 25 ]

Melanosomen sind Vesikel , die chemische Substanzen innerhalb einer Plasmamembran verpacken . Sie bilden eine Art Kappe, die den Zellkern der Keratinozyten schützt . Wenn ultraviolette Strahlen in die Haut eindringen und die DNA schädigen, lösen Thymidin- Dinukleotid-Fragmente (pTpT) aus der geschädigten DNA die Melanogenese aus [ 26 ] und veranlassen die Melanozyten zur Produktion von Melanosomen. Diese werden anschließend über Dendriten zur obersten Keratinozytenschicht transportiert.

Stammzellen

Die Vorstufe des Melanozyten ist der Melanoblast . Bei Erwachsenen befinden sich Stammzellen im Wulstbereich der äußeren Wurzelscheide der Haarfollikel . Bei Haarausfall und der damit einhergehenden Regeneration des Haarfollikels werden die Stammzellen aktiviert. Diese Stammzellen entwickeln sich sowohl zu Keratinozyten-Vorläuferzellen als auch zu Melanoblasten. Die Melanoblasten versorgen Haare und Haut (indem sie in die Basalschicht der Epidermis wandern ). Es gibt zudem Hinweise darauf, dass Melanozyten-Stammzellen in Hautnerven vorhanden sind, wobei Nervensignale die Differenzierung dieser Zellen zu Melanozyten für die Haut auslösen. [ 27 ]

Klinische Bedeutung

Siehe auch

Referenzen

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Weiterführende Literatur