Melanin

Bei Melanin handelt es sich um einen schwarz-braunen oder rötlichen Farbstoff. Da es ein Biopolymer ist, das aus vielen kleineren Bausteinen aufgebaut ist, gibt es verschiedene Varianten, die sich bezüglich ihrer Molekülkomponenten und chemischen Bindungen unterscheiden:

• Eumelanin liegt in einer braunen und schwarzen Variante vor. Es entsteht durch enzymatische Oxidation der Aminosäure Tyrosin und ist im Syntheseweg ein Abkömmling von L-Dopa. Das Polymer ist aus quervernetztem 5,6-Dihydroxyindol (DHI) und 5,6-Dihydroxyindol-2-carboxylat (DHICA) aufgebaut. Diese Melaninform findet sich in der Haut und in den Haaren.
• Phäomelanin ist ein helles gelb-rötliches, schwefelhaltiges Melanin. Es kommt u.a. in den Mamillen und Lippen sowie in der Glans penis und der Vagina vor. Es entsteht durch Polymerisation von Cysteinyldopa.
• Neuromelanin ist ein Bestandteil der Katecholamin-produzierenden Nervenzellen des ZNS. Es ist ein dunkles, unlösliches Pigment, dessen Funktion noch nicht vollständig geklärt ist. Es entsteht durch die Oxidation von Katecholaminen wie Dopamin, Adrenalin oder Noradrenalin. Beim Menschen ist es vor allem in der Substantia nigra und im Locus caeruleus lokalisiert. Möglicherweise dient es der Neuroprotektion, indem es Metallionen wie Eisen oder Kupfer bindet.

Im menschlichen Haar und in der Haut finden sich Mischformen des Phäo- und Eumelanins. Das Verhältnis von Eumelanin zu Phäomelanin bestimmt neben anderen Faktoren den Hauttyp des betreffenden Menschen. Bei rothaarigen Menschen mit üblicherweise sehr heller Haut findet sich ein relativ hoher Anteil an Phäomelanin. Der Anteil des Phäomelanins nimmt mit zuehmender Dunkelheit der Haare und der Haut ab.

Eine weitere Gruppe der Melanine bilden die so genannten Allomelanine, die in Mikroorganismen, Pflanzen und Pilzen vorkommen, und aus Hydroxybenzolen entstehen.

Melanin schützt die menschliche Haut, insbesondere die Stammzellen des Stratum basale, vor eintreffenden UV-Strahlen des Sonnenlichts. Dadurch werden DNA-Schäden verhindert, die zu Mutationen und zur malignen Transformation der Zellen führen können. Der UV-Schutz verhindert auch, dass lichtempfindliche Moleküle wie Folsäure in den Blutkapillaren der Haut zersetzt werden.

Nach Absorption eines hoch energetischen Photons gehen die getroffenen Moleküle in einen energiegeladenen Zustand über, durch den Radikale entstehen können. Melanin besitzt die Eigenschaft, die aufgenommene Lichtenergie innerhalb weniger Femtosekunden (10^-15 s) in Wärmeenergie umzuwandeln und beugt so einer Zellschädigung durch Radikale vor (ultraschnelle innere Umwandlung).

Die Synthese des Melanins wird als Melanogenese bezeichnet. Sie findet unter der Einwirkung von Sonnenlicht statt und wird durch das melanozytenstimulierende Hormon (MSH), ein Spaltprodukt des Proopiomelanocortins (POMC), gefördert.

Die Synthese von Eumelanin beginnt mit der vermehrten Expression und Aktivierung des Enzyms Tyrosinase (TYR). Sie wird im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert, im Golgi-Apparat gesammelt und in Endosomen abgeschnürt. In diesen Zellorganellen, den Prämelanosomen, reichert sich Tyrosin an. Es wird durch die Tyrosinase in L-Dopa umgewandelt. L-Dopa wird zu Dopachinon weiteroxidiert, das sich eigenständig in Dopachrom umwandelt. In zwei weiteren Schritten entsteht durch die katalytische Aktivtät der DHICA-Oxidase (TYRP1) und der Dopachrom-Tautomerase (DCT) Melanin.

Im Verlauf dieser biochemischen Reaktionen kommt es zur Reifung der Prämelanosomen. Sie verlieren ihre Binnenstruktur und werden jetzt als Melanosomen bezeichnet. Die reifen Melanosomen migrieren in die Zytoplasmaausläufer der Melanozyten und werden an die benachbarten Zellen, z.B. Keratinozyten, abgegeben. Diese Zellen nehmen die Melanosomen auf und lagern sie in ihrem Zytoplasma ein.

Menschen mit hellem Hauttyp sind gegenüber UV-Strahlung empfindlicher als dunkel pigmentierte Menschen. Sie erkranken daher häufiger an Präkanzerosen wie der aktinischen Keratose oder an UV-induzierten Hauttumoren wie dem Basalzellkarzinom oder Plattenepithelkarzinom. Die Inzidenz dieser Tumoren steigt mit der akkumulierten Dauer der Exposition an.

Durch genetische Faktoren kann es zu einer Synthesestörung des Melanins kommen, die man als Albinismus bezeichnet. Die Blockade der Melaninproduktion führt zu äußerst heller Haut, sehr hellen Haaren, blau-grauen oder blauen Augen. Die Augen können je nach Lichteinfall rot erscheinen.

Eine Hyperpigmentierung der Haut mit verstärkter Melaninbildung tritt bei bestimmten endokrinen Erkrankungen auf, z.B. beim Morbus Addison. Der Grund dafür ist, dass Proopiomelanocortin ein gemeinsames Vorläufermolekül von ACTH und MSH ist. Bei exzessiver ACTH-Produktion in der Hypophyse ist daher auch die MSH-Produktion gesteigert.