Ультрафиолетовое излучение (УФ) служит экологическим стрессом для кожи человека и приводит к меланогенезу, при этом пигмент меланин оказывает защитное действие против повреждения, вызванного ультрафиолетом. Это включает в себя динамическую и сложную регуляцию различных биологических процессов, что приводит к экспрессии меланина в самых внешних слоях эпидермиса, где он может оказывать защитное действие.
Растущая частота случаев рака кожи как меланомы, так и немеланомы, требует необходимости лучшего понимания воздействия ультрафиолетового излучения на пигментацию кожи на системном уровне, чтобы в конечном итоге разработать основанные на знаниях стратегии для эффективной защиты и профилактики кожных заболеваний.
Пигментация кожи – это фенотип, развивающийся и сохраняющийся в течение нескольких поколений, в первую очередь как защита от вредного ультрафиолетового (УФ) излучения. Меланин, светопоглощающий полимер с фотохимическими свойствами, придает цвет коже человека и другим тканям, таким как волосы и радужная оболочка, и обеспечивает защиту от повреждения, вызванного ультрафиолетом.
Вариации пигментации кожи зависят от уровня и типа выраженного меланина. Двумя основными формами меланина, экспрессируемого у людей, являются эумеланин и феомеланин, придающие фенотипам черных или коричневых и рыжеволосых или веснушчатых волос соответственно. Меланин синтезируется в меланоцитах в специализированных органеллах, называемых меланосомами.
Перенос пигмента к кератиноцитам, которые составляют верхние слои эпидермиса, необходим для фенотипического проявления пигментации кожи. Дендриты на меланоцитах помогают в передаче меланосом к кератиноцитам, где поглощение меланосом происходит посредством фагоцитоза.
Воздействие УФ-излучения запускает сигнальные каскады в кератиноцитах, которые, в свою очередь, индуцируют аутокринную передачу сигналов, а также паракринную передачу сигналов с соседними меланоцитами, что приводит к меланогенезу и, следовательно, к последующим процессам, приводящим к пигментации кожи.
В то время как УФ-излучение вызывает пигментацию, они также способны вызывать рак кожи из-за образования свободных радикалов и повреждения ДНК, которое активно предотвращается «эпидермальным меланиновым звеном» – ассоциацией одного меланоцита с несколькими окружающими эпидермальными кератиноцитами.
Воздействие ультрафиолета может также привести к истощению фолиевой кислоты, хотя определенное количество воздействия имеет важное значение для синтеза витамина. Следовательно, сбалансированное воздействие ультрафиолетового излучения имеет решающее значение и поддерживается регулированием синтеза меланина.
Конститутивная пигментация кожи определяется генетической конституцией индивидов, а факультативная пигментация определяется факторами окружающей среды. Окисление и перераспределение меланина в коже вызывает некоторую предельную защиту, но замедленная и устойчивая реакция загара на УФ включает синтез меланина и его транспорт к кератиноцитам.
Процесс УФ-опосредованной пигментации кожи является сложным и динамичным, включая различные типы клеток и обширные перекрестные помехи между ними, а также несколько внутриклеточных сигнальных каскадов.
В то время как несколько исследований за последние несколько десятилетий предоставили информацию о меланогенезе, образовании меланосом и пигментации, их внимание было сосредоточено главным образом на индивидуальных реакциях и молекулярных изменениях. Всемирная организация здравоохранения сообщает, что в мире ежегодно регистрируется от 2 до 3 миллионов случаев немеланомного рака кожи и более 100 000 случаев рака меланомы. Эти статистические данные подчеркивают необходимость дальнейших исследований в этой области, и поэтому необходимо целостное понимание пигментации.
Для этого полезен сетевой подход, поскольку сети стали важным инструментом для изучения биологических явлений. Эпоха «омиков» привела к получению огромных биологических данных, от отдельных последовательностей и структур генов и белков до четко определенных физических и функциональных взаимодействий и разработки сигнальных каскадов.
Интегрируя эту информацию о связи между различными молекулярными компонентами в форме сети взаимодействия, биологические процессы могут быть представлены и проанализированы на системном уровне, где вклады и эффекты отдельных компонентов и взаимодействий во всей системе могут быть изучены, чтобы генерировать понимание чего нельзя достичь только редукционистскими подходами.
Обширные исследования в области пигментации кожи привели к огромному накоплению данных, но исследования, которые интегрируют и анализируют эти данные, ограничены.
Таким образом, всестороннее понимание молекулярных событий, приводящих к пигментации кожи, может предоставить ценные данные для определения потенциальных целей для терапевтического рассмотрения, а также рациональную основу для проектирования и улучшения коммерческих продуктов. Принятый подход может быть применен к различным биологическим системам и служит мощным инструментом для анализа перекрестных помех между различными биологическими компонентами.
