Melanin
Melanin
Synonym(e)
Eumelanin; Phaeomelanin
Englischer Begriff
melanin
Definition
Melanin ist ein braunes bis schwarzes (Eumelanin) bzw. ein gelb-rötliches (Phaeomelanin-)Pigment. Es wird in den Melanozyten gebildet und bestimmt die Farbe der Haut, der Augen und der Haare.
Beschreibung
Melanin wird in den Melanozyten mithilfe der Melanosomen synthetisiert, gespeichert und transportiert (s. Abbildung).
Melaninsynthese:
Die Melaninsynthese erfolgt in den ersten Schritten aus dem Tyrosin über DOPA (Katecholamine) zum Dopachinon über eine Aktivierung der Tyrosinase. Danach werden zwei unterschiedliche Melanine synthetisiert. In Abwesenheit des Melanozyten-stimulierenden Hormons (Melanozyten-stimulierende Hormone (MSH)) wird das Phaeomelanin gebildet, das eine gelb-rötliche Farbe besitzt.
Im Gegensatz hierzu wird unter dem Einfluss des MSH in den Eumelanosomen mithilfe von Phenoloxidasen sowie weiterer Proteine das Eumelanin mit einer braun-schwarzen Farbe gebildet. Die Aktivierung der Phenoloxidasen erfolgt durch UV-, α- oder Röntgenstrahlung.
Die Eumelanosomen werden an die Hornzellen der Haut, die Keratinozyten, abgegeben und in Form einer Schutzkappe auf dem Zellkern gelagert. Hierdurch wird die DNA vor schädigenden Einflüssen der UV-Strahlung geschützt. Die Melanozyten im Auge speichern die Melanosomen im Zytoplasma der Iris und bilden somit eine wirkungsvolle lichtabsorbierende Schicht.
Die Eumelaninsynthese ist an die Anwesenheit bestimmter Proteine gekoppelt:
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TYRP-1-Protein („tyrosinase-related protein 1“, TRP-1): Stabilisierung der Tyrosinase
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P-Protein („pink-eye protein“): Aktivierung und Stabilität der Tyrosinase
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AIM-1-Protein („altered in melanoma 1“): Regulation des TYRP-1-Proteins
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OA1-Protein (okulokutaner Albinismus 1): Organisation des Eumelanosomes, Sensor für die Größe der Melanosomen
Erkrankungen des Melaninstoffwechsels
Melaninmangel: Genetische Veranlagungen oder erworbene Schäden der Erbsubstanz können zur Synthesestörung des Melanins führen. Es kommt zur Hypopigmentierung. Bei Abwesenheit bestimmter Proteine in den Melanosomen kommt es zu Erkrankungen des Albinismus. Als Albinismus bezeichnet man eine genetisch bedingte Stoffwechselerkrankung mit einem ausgeprägten Melaninmangel in der Haut, den Haaren und den Augen. Als Symptome des okulären Albinismus gelten Hellhäutigkeit und Pigmentmangel der Augen. Es kommt zur erhöhten Blendungsempfindlichkeit sowie zur Einschränkung der Sehschärfe. Bei den okulokutanen Formen kommen weitere systemische Veränderungen außerhalb der Augen, in der Haut und den Haaren, hinzu.
In Abwesenheit des schützenden Eumelanins kommt es häufiger zur Disposition verschiedener Hauttumoren (Malignes Malignom, Basaliom).
Die Häufigkeit des Albinismus liegt in Deutschland bei 1:18.000. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht der Albinismus-Typen mit zugrunde liegendem Gendefekt:
Albinismus-Typen | Gendefekt |
|---|---|
Okulokutaner Albinimus Typ 1 (OCA1) | Mutationen im Tyrosinase-Gen; Chromosom 11 |
Okulokutaner Albinimus Typ 2 (OCA2) | Mutationen im P-Gen; Chromosom 15 |
Okulokutaner Albinimus Typ 3 (OCA3) | 1-bp-Deletion im TYRP1-Gen; Chromosom 9p23 |
Okulokutaner Albinimus Typ 4 (OCA4) | Mutationen im Membran-assoziierten Transporterprotein (MATP); Chromosom 5p |
Okulärer Albinismus (OA) | Mutationen im OA1-Gen; Chromosom Xp22 |
Erhöhte Melaninproduktion: Eine Überproduktion von Melanin führt zur Hyperpigmentierung mit dunklen Flecken auf der Haut, die zur bösartigen Form, dem Melanom, entarten können.
Beim Krankheitsbild des Morbus Addison kommt es über eine erhöhte Hypophysenvorderlappenstimulation nicht nur zur Steigerung der ACTH-Freisetzung (Adrenokortikotropes Hormon), sondern auch zur erhöhten MSH-Konzentration gefolgt von einer Steigerung der Melaninsynthese und Braunfärbung der Haut (inkl. der Handlinien).
Regulation der Melaninsynthese
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UV-Strahlung führt zur Aktivierung der Melanozyten (Braunfärbung der Haut).
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MSH stimuliert die Melaninfreisetzung.
Analytik
HPLC (Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie) nach Abbau des Eumelanins zu Pyrrol-2,3,5-Tricarbonsäure und des Pheomelanins zum Aminohydroxyphenylalanin-Isomer.
Literatur
Yamaguchi Y, Hearing VJ (2014) Melanocytes and their diseases. Cold Spring Harb Perspect Med 4:a017046, 1–18CrossRefPubMedPubMedCentral