Меланоциты

Меланоциты — это клетки нейроэктодермального происхождения, расположенные в базальном слое эпидермиса, волосяных фолликулах, сосудистой оболочке глаза, внутреннем ухе и мягкой мозговой оболочке, основной функцией которых является синтез и секреция пигмента меланина. Меланоциты относятся к пигментным клеткам и играют ключевую роль в защите организма от ультрафиолетового излучения, определении цвета кожи, глаз и волос, а также участвуют в регуляции иммунных процессов.

Происхождение и развитие

Меланоциты развиваются из клеток нервного гребня — временной эмбриональной структуры позвоночных. В процессе эмбриогенеза предшественники меланоцитов (меланобласты) мигрируют из нервного гребня в различные ткани организма. У человека миграция начинается на 5–6-й неделе внутриутробного развития и завершается к 8–10-й неделе. После достижения конечного расположения меланобласты дифференцируются в зрелые меланоциты, способные продуцировать меланин.

В коже меланоциты располагаются преимущественно в базальном слое эпидермиса, прилегая к базальной мембране. Соотношение меланоцитов к кератиноцитам в разных участках тела варьирует: в среднем на 1 меланоцит приходится от 4 до 10 кератиноцитов. Количество меланоцитов у людей разных рас примерно одинаково, различия в цвете кожи обусловлены активностью синтеза меланина и его распределением.

Строение

Меланоциты имеют характерную морфологию: тело клетки содержит ядро, развитую эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи и множество митохондрий. От тела отходят длинные дендриты (отростки), которые проникают между кератиноцитами и образуют контакты с ними. Через дендриты зрелые гранулы меланина (меланосомы) транспортируются к кератиноцитам, где они накапливаются вокруг ядер, защищая генетический материал от повреждения ультрафиолетом.

Ключевыми органеллами меланоцитов являются меланосомы — специализированные везикулы, в которых происходит синтез и накопление меланина. Внутри меланосом находятся ферменты тирозиназа и родственные ей белки (TRP-1, TRP-2), катализирующие окисление тирозина с образованием меланина. Различают два типа меланосом: эумеланосомы (синтезируют чёрно-коричневый эумеланин) и феомеланосомы (синтезируют красновато-жёлтый феомеланин).

Функции

Защита от ультрафиолетового излучения

Основная функция меланоцитов — защита кожи от повреждающего действия ультрафиолетового (УФ) излучения. Меланин поглощает УФ-лучи, рассеивает их и нейтрализует свободные радикалы, образующиеся под действием света. При воздействии УФ-излучения в меланоцитах активируется синтез меланина (загар), что усиливает защитные свойства кожи. У людей с тёмной кожей меланин содержится в большем количестве и распределён более равномерно, что обеспечивает более эффективную защиту.

Определение цвета кожи, глаз и волос

Цвет кожи, радужной оболочки глаз и волос определяется типом и количеством меланина, синтезируемого меланоцитами. Эумеланин придаёт чёрные, коричневые и тёмно-русые оттенки, а феомеланин — рыжие, красные и жёлтые. Соотношение этих пигментов, а также размер и распределение меланосом влияют на фенотипические различия между людьми.

Участие в иммунных процессах

Меланоциты способны синтезировать цитокины, хемокины и факторы роста, участвующие в регуляции воспалительных реакций. Они экспрессируют молекулы главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса I и II, что позволяет им представлять антигены иммунным клеткам. В ответ на повреждение или инфекцию меланоциты могут активировать Т-лимфоциты и макрофаги, способствуя развитию иммунного ответа.

Регуляция активности

Синтез меланина в меланоцитах регулируется несколькими факторами:

• Ультрафиолетовое излучение — основной стимул активации меланоцитов. УФ-лучи вызывают повреждение ДНК кератиноцитов, что приводит к выделению ими проопиомеланокортина (POMC), который расщепляется до α-меланоцитстимулирующего гормона (α-МСГ). α-МСГ связывается с рецептором меланокортина 1 (MC1R) на мембране меланоцитов, запуская каскад синтеза меланина.
• Гормоны — α-МСГ, адренокортикотропный гормон (АКТГ), эстрогены, прогестерон и тиреоидные гормоны могут влиять на активность меланоцитов. Например, повышение уровня эстрогенов во время беременности часто вызывает гиперпигментацию (хлоазму).
• Цитокины и факторы роста — интерлейкины, фактор роста фибробластов (FGF), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и другие молекулы модулируют пролиферацию и дифференцировку меланоцитов.
• Генетические факторы — полиморфизмы в гене MC1R связаны с рыжим цветом волос, светлой кожей и повышенной чувствительностью к УФ-излучению.

Заболевания, связанные с меланоцитами

Гиперпигментация

Избыточная активность меланоцитов приводит к локальному или диффузному потемнению кожи. К распространённым формам гиперпигментации относятся:

• Мелазма (хлоазма) — симметричные тёмные пятна на лице, часто связанные с гормональными изменениями (беременность, приём оральных контрацептивов).
• Лентиго — доброкачественные пигментные пятна, возникающие под действием УФ-излучения (солнечное лентиго) или с возрастом (старческое лентиго).
• Поствоспалительная гиперпигментация — потемнение кожи после травм, ожогов, акне или дерматитов.

Гипопигментация

Снижение активности или гибель меланоцитов приводит к потере пигментации:

• Витилиго — аутоиммунное заболевание, при котором иммунная система разрушает меланоциты, вызывая появление белых пятен на коже. Распространённость витилиго в популяции составляет около 0,5–2 %.
• Альбинизм — наследственное заболевание, связанное с нарушением синтеза меланина из-за мутаций в генах тирозиназы или других ферментов. У людей с альбинизмом кожа и волосы очень светлые, а глаза имеют красноватый оттенок из-за просвечивания сосудов.
• Пигментная ксеродерма — редкое генетическое заболевание, при котором нарушена репарация ДНК после повреждения УФ-излучением, что приводит к повышенному риску рака кожи и гибели меланоцитов.

Опухоли из меланоцитов

• Меланоцитарные невусы (родинки) — доброкачественные новообразования из меланоцитов, встречающиеся у большинства людей. Невусы могут быть врождёнными или приобретёнными, плоскими или выпуклыми, различных размеров и цветов.
• Меланома — злокачественная опухоль, развивающаяся из меланоцитов. Меланома является наиболее агрессивным раком кожи, склонным к раннему метастазированию. Основной фактор риска — интенсивное УФ-облучение, особенно у людей со светлой кожей и множественными родинками. Ежегодно в мире диагностируется около 300 000 новых случаев меланомы.

Интересные факты

• У некоторых животных, например, у хамелеонов и осьминогов, меланоциты могут быстро менять размер и распределение пигмента, обеспечивая маскировку и коммуникацию.
• Меланоциты присутствуют не только у млекопитающих, но и у птиц, рептилий, амфибий и рыб. У птиц меланоциты отвечают за окраску перьев, а у рыб — за цвет чешуи.
• В коже человека меланоциты могут образовывать «меланиновые капы» — скопления пигмента над ядром кератиноцитов, защищающие ДНК от мутаций.
• У людей с рыжими волосами и светлой кожей часто наблюдается мутация в гене MC1R, из-за которой меланоциты синтезируют преимущественно феомеланин, менее эффективно защищающий от УФ-излучения.

Источники

• Alberts B., Johnson A., Lewis J. et al. Molecular Biology of the Cell. — 6th ed. — Garland Science, 2014.
• Fitzpatrick T. B., Eisen A. Z., Wolff K. et al. Dermatology in General Medicine. — 7th ed. — McGraw-Hill, 2008.
• Hearing V. J., Leong S. P. L. From Melanocytes to Melanoma: The Progression to Malignancy. — Humana Press, 2006.
• Slominski A., Tobin D. J., Shibahara S. et al. Melanin pigmentation in mammalian skin and its hormonal regulation // Physiological Reviews. — 2004. — Vol. 84, № 4. — P. 1155–1228.
• Yamaguchi Y., Hearing V. J. Melanocytes and their diseases // Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. — 2014. — Vol. 4, № 5. — a017046.