МЕЛАНОЦИТ презентация

МЕЛАНОЦИТ Физиология меланоцитарной системы Желонкина А.О. 608 группа

КОЖА Обеспечивает защиты от различных вредоносных факторов (UV излучение, механическое, химическое и биологическое повреждение) Периферическая «чувствительная» система Поддерживает гомеостаз организма: защита от обезвоживания, терморегуляция 2м2 по площади 2,5мм толщиной в среднем Составляет 6% от общей массы тела (5-6 кг) Защита от UV излучения – поглощение лучей пигментной системой Сложная иммуно-регуляторная сеть защиты pH нормальной кожи несколько кисловат – в пределах 4,2-5,6

5 главных функций кожи Барьерная: клетки Лангерганса + Сальные железы + Меланоциты + волосяные фолликулы Чувствительная: нервные окончания, клетки Меркеля Терморегуляция Выведение продуктов обмена и избытка солей Синтез витамина D Придатки кожи: волосы, ногти, потовые железы, сальные железы

2 основных слоя кожи млекопитающих Эпидермис – обеспечивает влагозащиту и служит барьером для инфекций Дерма – обеспечивает силу натяжения кожи. Основные функции – регуляция температуры и поставка крови, обогащенной питательными веществами

Слои кожи

ЭПИДЕРМИС Эпидермис – наружный многослойный не васкуляризированный эпителий (75-150 нм толщиной), постоянно претерпевающий процессы кератинизации Роговой слой – 15-30 слоев нежизнеспособных, но биохимически активных корнеоцитов – непроницаемый слой Зернистый слой – 3-5 слоев неделящихся кератиноцитов, продуцирующих керато-гиалин Шиповатый слой – 8-10 слоев кератиноцитов с ограниченным пределом делений, клетки Лангерганса Базальный слой – созревающие кератиноциты, меланоциты, клетки Меркеля (рецепторные клетки) Меланоциты составляют 5% от всех клеток

МЕЛАНОЦИТЫ Меланоциты – меланин-продуцирующие клетки, расположенные в базальном слое Меланобласт – клетка-предшественник меланоцита Меланин содержится в меланосомах 1 меланоцит контактирует своими отростками с ~40 кератиноцитами («эпидермальная меланиновая единица») Меланосомы доставляются в эпидермис по отросткам, которые меланоциты простирают в толщу кератиноцитов

С кератиноцитами меланоциты тесно взаимодействуют с помощью отростков, доставляя к ним меланин в гранулах и получая необходимые для развития факторы роста С кератиноцитами меланоциты тесно взаимодействуют с помощью отростков, доставляя к ним меланин в гранулах и получая необходимые для развития факторы роста В этом комплексе меланоцит-кератиноциты клетки играют активную роль, не только секретируя меланин, но и выделяя разнообразные цитокины (ИЛ-1,2,3,6,10, ТФР-бета, катехоламины, эйкозаноиды, и т.д.), влияющие как аутокринно, так и паракринно

МЕЛАНОФАГИ? КТО ЭТО? Меланофаги – (меланин-содержащий макрофаг) Микроскопически – макрофаг, цитоплазма которого набита меланином. Обнаруживают их в местах воспаления или возле меланоцитарных новообразований, т.е. – где много меланина вне клеток. Их часто находят при доброкачественных и злокачественных новообразованиях в дерме. Клиническое значение обнаружения в эпидермисе? Биологическая роль?

ПРОИСХОЖДЕНИЕ МЕЛАНОЦИТА Меланоцит – специализированная клетка, результат дифференциации меланобласта – клетки-предшественницы меланоцита, по сути являющаяся его стволовой клеткой Меланобласты эмбрионально происходят из клеток нервного гребня (in vivo эксперименты по абляции и пересадке клеток нервного гребня, которые приводят к изменению пигментации) Нервный гребень – временная эмбриональная структура, расположенная на дорзальной поверхности нервной трубки – дает начало целому ряду производных, которые затем мигрируют в периферическом направлении, формируя таким образом анатомически и функционально разнообразные структуры

Происхождение меланоцитов Различают 4 стадии дифференцировки меланоцитов: 1) стадия предшественников меланоцитов в составе нервного гребня; 2) стадия перемещения в дерме от нервных гребней к базальной мембране эпидермиса; 3) стадия перемещения в эпидермис; 4) дендритическая стадия, когда меланоцит занимает свое место в эпидермисе и формирует отростки. Окончательная дифференцировка меланоцитов происходит под влиянием тканевого окружения и меланотропина гипофиза. Первые меланоциты в эпидермисе человека появляются на 2-м месяце эмбриогенеза, а в дерме - на 2 недели раньше

В последующем меланоциты подвергаются длительной дифференцировке, не заканчивающейся к моменту рождения ребенка. В коже новорожденных содержатся два вида меланоцитов: В последующем меланоциты подвергаются длительной дифференцировке, не заканчивающейся к моменту рождения ребенка. В коже новорожденных содержатся два вида меланоцитов: клетки с двумя полюсами и низким содержанием в цитоплазме пигмента - премеланоциты; клетки выраженной дендритической формы с большим содержанием меланина - зрелые меланоциты

Миграция меланобластов Миграция меланобластов – одна из таких запрогроммированных линий дифференцировки стволовых клеток, которая начинается в нервном гребне, а заканчивается колонизацией эпидермиса, фолликулярного эпителия, а также частично сетчатки глаза, сердца, центральной нервной системы. Процесс миграции меланобластов во многом зависит от сохранной цепочки взаимодействия сигнальных молекул, таких как Tryp-2 (Тирозиназа-зависимый протеин-2), Dct (дофаминохром таутомераза) – маркеры «ранних» меланобластов MITF (транскрипционный фактор микрофтальмии) Sox10 lSCF (лиганда фактора стволовых клеток) и его рецептор c-kit

Меланоцит на гистологии Меланоцит можно узнать по “пустоте”вокруг клетки Наличие вокруг меланоцита ”вакуоли”/”пустоты” – артефакт в результате обработки препарата формальдегидом

При обработке препарата клетки сжимаются, цитоплазма поджимается к ядру При обработке препарата клетки сжимаются, цитоплазма поджимается к ядру У меланоцитов нет десмосом, которые крепили бы их к соседним клетках При сжатии цитоплазмы вокруг меланоцита формируется “пустотота”

Меланоциты в базальном слое

Кератиноциты Кератиноциты прикреплены друг к другу десмосомами – цитоплазме некуда сжиматься

Плотность меланоцитов на мм варьирует от 550 до 1200 клеток Плотность меланоцитов на мм варьирует от 550 до 1200 клеток Максимальная плотность в коже лица и гениталий Не зависит от расы Пигментация кожи не зависит от количества меланоцитов. Зависит от: Меланогенной активности внутри меланоцитов Количества зрелых меланосом Типа меланина (эу-/феомеланин) Транспорта и распределении меланосом среди кератиноцитов Размера меланосом

МЕЛАНОЦИТ – метка Rab27a ГТФ-азы Метка ассоциирована с меланосомами Регулирует транспорт меланосом и задержку по периферии цитоплазмы меланоцита В транспорте меланосом также участвуют микротрубочки и актиновый цитоскелет. На картинке меланоцит из культуры клеток мыши покрашен специальными красителями: Филаментный актин – красный Микротрубочки – синий Rab27a-меченные Меланосомы (зеленый) тесно взаимосвязаны с этими элементами цитоскелета

Синтез и распределение меланина в эпидермисе состоит из этапов 1. Синтез матричных протеинов, необходимых для синтеза меланина 2. Биогенез меланосом 3. Сортировка меланогенных протеинов в меланосомы и начало синтеза меланина в меланосомах 4. Транспорт зрелых меланосом по меланоцитарным дендритам 5. Транспорт меланосом к кератиноцитам

ПРОИЗВОДСТВО МЕЛАНОСОМ (1) Синтез матричных протеинов и тирозиназ (TYR) на шероховатом ЭПР (2) TYR претерпевает посттрансляционную модификацию в виде гликозилирования в аппарате Гольджи

Меланосомы в эпидермисе

СИНТЕЗ МЕЛАНИНА Синтез меланина проходит в меланоцитах внутри меланосом Стимулирует синтез: Связывание α-меланоцит-стимулирующего гормона (МСГ) с MC1R рецептором При стимуляции UVB-лучами

СИНТЕЗ МЕЛАНИНА 3 фермента в меланосомах необходимы для синтеза различного типа меланина Тирозиназа (TYR) – определяет начало меланогенеза (тирозин гидроксилирование) DOPA-хром таутомераза Тирозин-зависимый протеин 1 (TYR1) (DHI = 5,6-дигидроксииндол; DHICA = 5,6-дигидроксииндол-2-карбоксильная кислота)

СИНТЕЗ МЕЛАНИНА

Меланины Меланины – полиморфные и мультифункциональные полимеры эумеланина, феомеланина, смешанного меланина (комбинация двух); и нейромеланина Клетки млекопитающих могут производить коричнево-черный эумеланин, желто-красный феомеланин Эумеланин – высоко гетерогенный полимер, состоящий из DHI и DHICA компонентов в восстановленном или окисленном состоянии Феомеланин – преимущественно серо-содержащие производные бензотиазина

Феомеланин и эумеланин Чем больше эумеланина, тем более темная кожа У темнокожих – гораздо больше эумеланина и общего меланина в целом У светлого фототипа рецепторы к меланоцит-стимулирующему гормону дисфункциональны почти всегда из-за наличия мутации в гене рецептора (MC1-R) – МСГ не запускает рецептор, рецептор не дает команду тирозиназе – активности тирозиназы не хватает для синтеза эумеланина (а для феомеланина хватает) Поэтому 1 фототип не может загорать – эумеланин у них практически не вырабатывается

Феомеланин и эумеланин При облучении УФ феомеланина образуется гораздо больше свободных радикалов – возможно, одна из причин большей встрачаемости меланом у светлокожих?

БИОГЕНЕЗ МЕЛАНОСОМ Стадия 1 Меланосомы формируются на шЭПР Имеют аморфный матрикс

Стадия 2 Стадия 2 И эу-, и феомеланосомы имеют организованный фибриллярный (нитчатый) матрикс, но Фео: синтез меланина уже начался Эу: синтез меланина еще не начался

Стадия 3 Стадия 3 Фео: продолжение синтеза меланина и его отложение Эу: начало активного синтеза меланина и начало его отложения

Стадия 4 Стадия 4 И фео- и эумеланосомы полностью меланизированы

Происхождение пигментации кожи Под действием меланоцитстимулирующих (МСГ) и адренокортикотропного гормонов, а также солнечного света синтезируется меланин, функцией которого является защита ядерного аппарата клетки от повреждения УФ-излучением. Синтезированный меланин транспортируется в шиповатый слой эпидермиса по отросткам меланоцита, далее в кератиноциты эпидермиса, придавая коже загар. Цвет кожи определяется содержанием пигментов в ней. Эпидермис: Эндогенные = Меланин +++++ (коричневый-черный, желтый-красный) Экзогенные = Каротиноды (желтый) Дерма: Окисленный гемоглобин (красный) в капиллярах Восстановленный гемоглобин (голубой) в венулах Другие факторы: Эпидермальная толщина Кровоснабжение

Миграция меланосомы внутри меланоцита Созревание (полимеризация)

Меланин поглощает UV-волны длиной 280-320 nm Меланин поглощает UV-волны длиной 280-320 nm Как эу-, так и феомеланин играют важную защитную роль в связывании катионов, анионов, лекарственных средств, химикатов, etc. Синтезированный меланин транспортируется в шиповатый слой эпидермиса по отросткам меланоцита, далее в кератиноциты эпидермиса, придавая коже загар. Спустя некоторое время данный полимер гидролизируется в лизосомах, а коже возвращается её привычный оттенок.

Факторы, влияющие на продукцию меланина Гранулы меланина собираются над ядрами кератиноцитов и поглощают вредные UV-лучи еще до того, как они успеют достичь ядер и повредить ДНК Быстрое реагирование меланоцит-кератиноцит комплекса на обширную группу стимулов (паракринных или аутокринных): UV-лучи, меланоцит-стимулирующий горомн (МСГ)+++, эндотелины, факторы роста, цитокины и т.д. Воздействие UV-лучей -> меланоциты увеличивают экспрессию пропиомеланокортина (ПОМК – предшественник МСГ) и его рецептора – меланокортинового рецептора 1 типа (MCR-1), TYR и TYR1, протеинкиназ C и других сигнальных факторов

Фибробласты (возможно так же другие клетки кожи) производят цитокины, факторы роста, провоспалительные медиаторы, которые усиливают продукцию меланина и/или стимулируют перенос меланина к кератиноцитам Фибробласты (возможно так же другие клетки кожи) производят цитокины, факторы роста, провоспалительные медиаторы, которые усиливают продукцию меланина и/или стимулируют перенос меланина к кератиноцитам Другие факторы связаны с кератиноцитами, которые могут регулировать пролиферацию и/или дифференциацию меланоцитов: α-МСГ, АКТГ, основной фактор роста фибробластов (β-ФРФ), фактор роста нервов (ФРН), эндотелины, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), фактор ингибирования лейкемии (ФИЛ) и фактор роста гепатоцитов (ФРГ)

Меланоциты СОПР Меланоциты находятся не только в составе кожи, но и присутствуют в полости рта (а также в среднем слое сосудистой оболочки глаза, внутреннем ухе, эпителии влагалища, менингеальных оболочках, чёрной субстанции и голубом пятне мозга, костях и сердце) С точки зрения защиты от солнечных лучей подобную локализацию объяснить затруднительно

Меланоциты СОПР Возможно, они отвечают за цвет СОПР и защищают от таких стрессорных факторов, как УФ-излучение, активные формы кислорода (АФК) и свободные радикалы. Меланины также обладают способностью “отбирать” ионы металлов для связывания некоторых лекарств и органических молекул Благодаря наличию лизосомальных ферментов (α-маннозидаза, кислая фосфатаза и др.) в меланосомах, меланин способен нейтрализовать бактериальные ферменты и токсины, а используя свою высокую связывающую способность, он может служить физическим барьером для микроорганизмов Также меланоциты способны выполнять роль антигенпредставляющих клеток (АПК), стимулировать Т-клеточную пролиферацию, фагоцитировать микроорганизмы, а также ингибировать рост бактерий и грибковых микроорганизмов. 

Распределение меланоцитов

Невусы Приобретенные – меланоциты в глуби дермы, группируются у придатков кожи (допустим, у волосяных фолликулов) Врожденные – чаще по дермо-эпидермальному соединению

Меланома Два варианта расположения: Восходящий (ассоциировано с BRAF-мутацией) – меланоциты разбросаны во всех слоях в виде гнёзд Лентигинозный – отдельные меланоциты вдоль базального слоя эпидермиса. Может существовать много лет, прежде чем станет инвазивным

Список используемой литературы 1. Bolognia, Jean., Jorizzo, Joseph L.Schaffer, Julie V. (2012) Dermatology: Elsevier Saunders   2. Kadekaro, Ana & Wakamatsu, Kazumasa & Ito, Shosuke & A Abdel-Malek, Zalfa. (2006). Cutaneous photoprotection and melanoma susceptibility: reaching beyond melanin content to the frontiers oF DNA repair. Frontiers in bioscience : a journal and virtual library. 11. 2157-73. 10.2741/1958.  3. Guitera P, Li LL, Scolyer RA, Menzies SW. Morphologic Features of Melanophages Under In Vivo Reflectance Confocal Microscopy. Arch Dermatol. 2010;146(5):492–498. doi:10.1001/archdermatol.2009.388  4. Weiss J. et al. Melanophages in inflammatory skin disease demonstrate the surface phenotype of OKM5+ antigen-presenting cells and activated macrophages. Journal of the Am Acad Dermatol. Vol 19, 4, 633-641  5. Hunter Shain A. and. Bastian Boris C. From melanocytes to melanomas. Nature Reviews Cancer vol 16, pages345–358 (2016)  6. Fujimoto M, Basko-Plluska JL, Krausz T, Angelica Selim M, Shea CR. Melanocytic tumors with intraepidermal melanophages: a report of five cases with review of 231 archived cutaneous melanocytic tumors.J Cutan Pathol 2015; 42: 394–399

Спасибо за внимание!