Những Cột Mốc Quan Trọng Trong Quá Trình Nghiên Cứu Tế Bào Sắc Tố Và Sự Tổng Hợp Sắc Tố

Vincent J. Hearing¹

¹Laboratory of Cell Biology, National Cancer Institute, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA

Correspondence: Vincent J. Hearing, E-mail: hearingv@nih.gov

doi:10.1038/skinbio.2011.1

TO CITE THIS ARTICLE

Hearing VJ (2011) Milestones in melanocytes/melanogenesis. J Invest Dermatol 131: E1

_______________________________________________________________________________________

CÁC BÀI VIẾT

Bài viết số 1: Những khám phá quan trọng trong quá trình phát triển của tế bào sắc tố - Akinori Kawakami, David E. Fisher

Bài viết số 2: Giải mã quá trình tiến hóa của người để tìm ra yếu tố di truyền quyết định sắc tố da - Ellen E. Quillen, Mark D. Shriver

Bài viết số 3: Sinh tổng hợp melanin - Vincent J. Hearing

Bài viết số 4: Di truyền học rối loạn sắc tố da - Jonathan L. Rees

Bài viết số 5: Hiện tượng rám nắng dưới góc độ phân tử - Barbara A. Gilchrest

Bài viết số 6: Di truyền học bệnh bạch biến - Richard A. Spritz

_______________________________________________________________________________________

Akinori Kawakami¹ and David E. Fisher¹

¹Department of Dermatology, Cutaneous Biology Research Center, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, USA

Correspondence: David E. Fisher, E-mail: dfisher3@partners.org

doi:10.1038/skinbio.2011.2

_______________________________________________________________________________________

Tế bào sắc tố (melanocyte) là những tế bào sản xuất hắc tố melanin. Tế bào sắc tố của động vật hữu nhũ được phân loại thành tế bào sắc tố ở "da" (thượng bì, nang lông) và "ngoài da" (vd. tế bào sắc tố ở màng bồ đào, ốc tai). Tế bào sắc tố thượng bì góp phần vào chức năng chống nắng và điều hòa thân nhiệt, bằng cách đóng gói hạt sắc tố melanin vào các túi melanosome và chuyển giao các túi này cho những tế bào sừng xung quanh. Tế bào sắc tố có nguồn gốc từ mào thần kinh (gồm các tế bào đa năng di động được, có thể phát triển thành nhiều dòng tế bào như tế bào thần kinh, tế bào thần kinh đệm, tế bào bài tiết của tủy thượng thận, tế bào cơ trơn, tế bào xương và tế bào sụn…). Đột biến sắc tố ở nhiều loài khác nhau giúp ích cho việc nhận dạng các gene liên quan đến sự phát triển tế bào sắc tố. Các thí nghiệm chuyển phôi có ý nghĩa quan trọng trong các quá trình nghiên cứu tế bào sắc tố những giai đoạn đầu. Rawles (1947) đã thực hiện các thí nghiệm này mà phát hiện tế bào sắc tố có nguồn gốc từ mào thần kinh. Nhà nghiên cứu đã cấy mô thần kinh của phôi ở các giai đoạn khác nhau, nuôi cấy mô xung quanh khúc nguyên thủy (somite, thuộc trung bì cận trục), trung bì bên, và vùng nụ chi (limb bud), nuôi cấy riêng rẽ hoặc kết hợp, từ các giai đoạn phát triển khác nhau của phôi chuột, cho tới các xoang (coelom) của phôi gà. Chỉ có những mô từ mào thần kinh hoặc những tế bào di cư từ mào thần kinh mới có thể tạo ra tế bào chứa sắc tố (melanophore). Ngoài ra Rawles còn phát hiện những phần phôi tạo ra tế bào sắc tố cũng thay đổi theo từng giai đoạn phát triển khác nhau của phôi hiến tặng.

Nhân tế bào chim cút có mật độ heterochromatin dày đặc, giúp phân biệt tế bào chim cút với tế bào gà con. Teillet và Le Douarin (1970) đã nghiên cứu sự di cư của nguyên bào sắc tố từ mào thần kinh bằng cách sử dụng mẫu nuôi cấy dị ghép giữa chim cút và gà. Các nhà nghiên cứu đã dùngống thần kinh và mào thần kinh của phôi chim cút ở nhiều giai đoạn phát triển khác nhau ghép với phôi gà. Họ phát hiện rằng:

1. Phôi ngày thứ 4 và thứ 5, những tế bào chim được ghép chủ yếu khu trú ở trung bì phôi.

2. Phôi ngày thứ 6, khi bì và thượng bì được thành lập, nguyên bào sắc tố (của chim) bắt đầu di cư đến thượng bì.

3. Ngày thứ 9, nguyên bào sắc tố tăng thể tích bào tương và sản xuất hạt sắc tố melanin

4. Ngày thứ 10 và 11, nguyên bào sắc tố định cư ở lớp đáy thượng bì và tạo thành các tua (nhánh bào tương)

Dấu ấn tế bào (cell type-specific markers) là những phương tiện hữu ích để nghiên cứu sự phát triển của một số loại tế bào. Tuy nhiên việc xác định những dấu ấn (marker) này vẫn còn là một thách thức. Steel và cs. (1992) đã phát hiện Tyrp-2/Dct là marker đặc hiệu cho nguyên bào sắc tố. Bằng cách sử dụng phép lai tại chỗ (in situ hybridization) các nhà nghiên cứu đã phát hiện được nồng độ Tyrp-2 ở ngày thứ 10 d.p.c (days post coitum).

Việc phát hiện marker đặc hiệu cho nguyên bào sắc tố giai đoạn sớm có thể giúp các nhà nghiên cứu tìm kiếm cơ chế gây đột biến sắc tố. Đột biến các gene Steel và W tạo ra sắc tố trắng. Gene W và Steel mã hóa, lần lượt theo thứ tự, một loại thụ thể có bản chất tyrosine kinase, gọi là Kit, và chất gắn (ligand) của nó. Ligand này có nhiều tên gọi khác nhau, như: yếu tố Steel (steel factor), yếu tố tế bào mầm (stem cell factor, viết tắt là SCF), yếu tố tăng trưởng dưỡng bào (mast cell growth factor), Kit ligand. Một loại đột biến ở gene Steel gọi là Steel-dickie (Sl^d) làm SCF bị mất chuỗi xuyên màng và chuỗi trong bào tương, chỉ còn lại phần ngoại bào (Chú thích: các protein xuyên màng thường có 03 phần: phần nội bào, phần xuyên màng, phần ngoại bào. Phần ngoại bào có thể bị rơi ra khỏi tế bào và lưu hành trong máu, phần này có thể theo máu đến gắn vào các tế bào khác và tạo ra các chuỗi phản ứng sinh hóa khác nhau). Steel và cs. (1992) đã phát hiện rằng số lượng nguyên bào sắc tố ở các cá thể có kiểu gene SI^d/SI^d bị sụt giảm ở ngày thứ 11 d.p.c. Các nguyên bào sắc tố cũng không thể di chuyển đến túi thị giác (optic vesicle). Các kết quả này gợi ý rằng SCF đóng vai trò quan trọng trong sự di cư và sống sót của nguyên bào sắc tố. Wehrle-Haller và Weston (1995) đã thực hiện kỹ thuật lai tại chỗ (in situ hybridization) với đoạn mồi là các gene mã hóa Kit, Tyrp-2 và SCF ở các mẫu đột biến mang kiểu gene Sl (null) (tức là không chứa Sl ở cả hai alen) và Sl^d để xác định sự phân bố và số phận của các nguyên bào sắc tố, từ đó làm sáng tỏ chi tiết hơn vai trò của SCF. Họ kết luận rằng phần SCF ngoại bào (lưu hành trong máu) là đủ để nguyên bào sắc tố khởi động quá trình di cư, còn phần SCF nội bào thì cần thiết cho sự sống sót của nguyên bào sắc tố tại vùng trung bì phôi vừa được tạo thành.

Dorsky và cs. (1998) nhận thấy rằng ở loài cá zebrafish, các tế bào mào thần kinh sẽ trở thành tế bào sắc tố đều khu trú quanh vùng mô có hiện diện các protein Wnt-1 và Wnt-3a. Còn các tế bào sẽ trở thành neuron thì ở xa khu vực chứa Wnt. Hầu hết các tế bào ngoại bì phôi ở khu vực sẽ biệt hóa thành neuron thần kinh, khi bị buộc phải bộc lộ quá mức một dạng beta-catenin được hoạt hóa, đã biệt hóa thành tế bào sắc tố. Ngược lại, khi bị buộc phải bộc lộ quá mức một dạng Tcf-3 bị đột biến, hoặc không được bộc lộ Wnt-1 (tức là ngăn chặn đường truyền tín hiệu Wnt), thì số lượng các tế bào sắc tố ở khu vực mào thần kinh bị giảm đáng kể. Từ đó Dorsky và cs. đã kết luận rằng con đường tín hiệu Wnt đóng vai trò cần thiết cho sự tạo thành tế bào sắc tố.

Xem sơ đồ các con đường truyền tin ở đây. Con đường Wnt ở góc trên bên phải.

Đột biến ở các gene Ednrb và Edn3 (piebald-lethal (Ednrb^s-l), và lethal spotting (Edn3^ls)) làm suy giảm nghiêm trọng chức năng tế bào sắc tố. Để nghiên cứu vai trò của con đường truyền tin EDNRB trong quá trình phát triển của tế bào sắc tố, Shin và cs. (1999) đã kích thích hoặc ức chế gene Ednrb bằng cách sử dụng môi trường tetracycline. Kết quả nghiên cứu chỉ ra một số điểm quan trọng:

1. Ednrb cần thiết cho sự phát triển tế bào sắc tố của phôi trong khoảng thời gian từ ngày thứ 10 đến 12.5

2. Ednrb có thể không cần thiết cho tế bào sắc tố giai đoạn trước khi di cư

3. Ednrb có thể cần thiết cho sự khởi động quá trình di cư và/hoặc sống sót của tế bào sắc tố

4. Ednrb không cần thiết cho sự tăng sinh, sống sót và biệt hóa của nguyên bào sắc tố sau giai đoạn di cư

MITF là yếu tố chính điều hòa quá trình sao mã của dòng tế bào sắc tố. Đột biến gene mã hóa MITF gây ra hội chứng Waardenburg type 2a, một loại đột biến gene trội (cá thể mắc bệnh có kiểu gene dị hợp tử) trên nhiễm sắc thể thường, đặc trưng bởi tình trạng điếc và mất sắc tố cục bộ do thiểu năng tế bào sắc tố tại chỗ. Đột biến gene MITF ở chuột gây mất chức năng tế bào sắc tố ở da, mắt và tai trong. MITF tác động lên một số gene như các gene quy định yếu tố sống còn (vd. yếu tố gây chết theo chương trình (apoptosis)) và các gene quy định sắc tố (một số trong các gene này có liên quan đến chứng bạch tạng). Yasumoto và cs. (1994) phát hiện rằng MITF hoạt hóa chuyên biệt cho sự sao mã men tyrosinase thông qua trình tự motif (sequence motif) DNA theo kiểu E-box (CA[C/T]TG) trong dòng tế bào sắc tố. Hemesath và cs. (1994) phát hiện rằng MITF gắn vào E-box dưới dạng đồng nhị trùng (homodimer) hoặc dị nhị trùng (heterodimer) với TFEB, TFEC, hoặc TFE3, từ đó đưa ra đề nghị công nhận các yếu tố này như là một họ yếu tố sao mã "MiT" riêng. MITF, TFEB, và TFE3 cũng có liên quan đến sự khuếch đại hoặc chuyển vị các gene sinh ung (oncogenes) trong nhiều loại bệnh lý ung thư ở người như melanome, sarcome mô mềm, và carcinome thận.

Nhiều nghiên cứu gần đây đã tìm cách để nhận dạng và xác định chức năng quần thể tế bào gốc dòng melanocyte và ổ của chúng (niche). Nishimura và cs. (2002) đã xác định tế bào gốc dòng melanocyte bằng các sử dụng chuột được chuyển gene Dct-lacZ. Những con chuột này mang gene reporter lacZ dưới sự kiểm soát của gene promoter Dct, và ACK2, một loại kháng thể đơn dòng kháng c-Kit. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng tế bào gốc dòng melanocyte cư trú tại hành lông (phần dưới cùng hơi phình ra của chân lông) và mang đầy đủ các tính chất của tế bào gốc (chưa trưởng thành, chu trình tế bào chậm, tự duy trì) với khả năng tự tạo lại thế hệ con cháu ở giai đoạn đầu chu trình anagen. Sau đó, Nishimura và cs. (2005) quan sát thấy rằng hiện tượng bạc tóc do lão hóa có liên hệ đến sự mất khả năng tự duy trì của tế bào gốc dòng melanocyte và sự cạn kiệt tế bào gốc dòng melanocyte gây ra bởi sự biệt hóa và tổng hợp sắc tố lệch lạc bên trong các ổ tế bào (niche).

Nguyên bào sắc tố được biết từ lâu là có nguồn gốc từ ống thần kinh. Tuy nhiên nguyên bào sắc tố cũng có thể khu trú ở vùng chi mà không thông qua quá trình di cư đến lớp da. Adameyko và cs. (2009) đã thực hiện nhiều thí nghiệm khác nhau để đánh giá lại nguồn gốc của tế bào sắc tố và cung cấp những bằng chứng thuyết phục mới rằng tế bào tiền thân của tế bào Schwann có thể là nguồn gốc của một lượng lớn tế bào sắc tố.

Sự hiểu biết của chúng ta về quá trình phát triển của melanocyte đã mở rộng nhanh chóng, nhưng nhiều câu hỏi quan trọng vẫn còn chưa được trả lời. Tín hiệu và các yếu tố sao mã phối hợp như thế nào trong sự phát triển melanocyte? Các tế bào xung quanh melanoblasts đóng góp vào sự phát triển melanocyte như thế nào? Tình trạng biểu sinh (epigenetic) thay đổi như thế nào ở các giai đoạn khác nhau của sự phát triển melanocyte? Melanocytes ở các vị trí khác nhau liệu có chức năng giống nhau, và có thể đem lại lợi ích lâm sàng? Đột biến sắc tố và các công nghệ mới, như chromatin immunoprecipitation sequencing và chuột bị bất hoạt hoàn toàn dòng tế bào sắc tố (ví dụ, Tyr:::CRE, Dct:::CRE), đang cho phép mở rộng câu trả lời cho những câu hỏi này.

TO CITE THIS ARTICLE

Kawakami A, Fisher DE (2011) Key discoveries in melanocyte development. J Invest Dermatol 131:E2–E4

REFERENCES

Adameyko I, Lallemend F, Aquino JB et al. (2009) Schwann cell precursors from nerve innervation are a cellular origin of melanocytes in skin. Cell 139:366–79

Dorsky RI, Moon RT, Raible DW (1998) Control of neural crest cell fate by the Wnt signalling pathway. Nature 396:370–3

Hemesath TJ, Steingrı´msson E, McGill G et al. (1994) Microphthalmia, a critical factor in melanocyte development, defines a discrete transcription factor family. Genes Dev 8:2770–80

Nishimura EK, Granter S, Fisher DE (2005) Mechanisms of hair graying: incomplete melanocyte stem cell maintenance in the niche. Science 307:720–4

Nishimura EK, Jordan SA, Oshima H et al. (2002) Dominant role of the niche in melanocyte stemcell fate determination. Nature 416:854–60

Rawles ME (1947) Origin of pigment cells from neural crest in the mouse embryo. Physiol Zool 20:248–70

Shin MK, Levorse JM, Ingram RS et al. (1999) The temporal requirement for endothelin receptor-B signalling during neural crest development. Nature 402:496–501

Steel KP, Davidson DR, Jackson IJ (1992) TRP-2/DT, a new early melanoblast marker, shows that steel growth factor (c-kit ligand) is a survival factor. Development 115: 1111–9

Teillet MA, Le Douarin N (1970) The migration of pigmentary cells studies by the method of heterospecific grafts of neural tube in bird embryo. C R Acad Sci Hebd Seances Acad Sci D 270:3095–8

Wehrle-Haller B, Weston JA (1995) Soluble and cell-bound forms of steel factor activity play distinct roles in melanocyte precursor dispersal and survival on the lateral neural crest migration pathway. Development 121: 731–42

Yasumoto K, Yokoyama K, Shibata K et al. (1994) Microphthalmia-associated transcription factor as a regulator for melanocyte-specific transcription of the human tyrosinase gene. Mol Cell Biol 14:8058–70

_______________________________________________________________________________________

GIẢI MÃ QUÁ TRÌNH TIẾN HÓA ĐỂ TÌM KIẾM YẾU TỐ GENE QUYẾT ĐỊNH MÀU SẮC DA Ở NGƯỜI

Ellen E. Quillen¹ and Mark D. Shriver²

¹Department of Genetics, Texas Biomedical Research Institute, San Antonio, Texas, USA and ²Department of Anthropology, Penn State University, University Park, Pennsylvania, USA

Correspondence: Mark D. Shriver, E-mail: mds17@psu.edu

doi:10.1038/skinbio.2011.3

_______________________________________________________________________________________

Có bao nhiêu gene quy định màu sắc da ở người? Sự đơn giản hiển nhiên của câu hỏi này lại bị đảo ngược bởi sự rối rắm trong quá trình tiến hóa của loài người. Câu hỏi này được nêu ra lần đầu vào năm 1964 trong một tài liệu nhan đề "Khía cạnh di truyền trong màu sắc da ở người" của tác giả Harrison và Owen. Tài liệu này đáng lưu ý ở chỗ (1) nó sử dụng quang phổ phát xạ để định lượng sắc tố da, (2) nó sử dụng các mẫu dân số với sự pha tạp kiểu gene ở nhiều mức độ khác nhau, và (3) nó sử dụng phương pháp gene để nghiên cứu vấn đề tiến hóa.

Trước khi chấp nhận phép đo đạc sắc tố da dựa trên quang phổ xạ, các nhà nghiên cứu đánh giá màu sắc da chủ yếu dựa vào cảm nhận chủ quan bằng cách sử dụng các bảng màu của Felix von Luschan. Mặc dù bảng màu này đã được sử dụng trong hơn 50 năm, nhưng nó để lại nhiều lỗi chủ quan khi quan sát, đánh giá màu sắc, không phù hợp với phân tích định lượng gene. Harrison và Owen đã dùng quang phổ kế để đo màu sắc da ở những người Tây Phi và Châu Âu tương đối thuần chủng, cũng như ở các nhóm người lai (thế hệ F1 (Tây Phi x Châu Âu), F1 x Tây Phi, F1 x Châu Âu, và F2 (F1 x F1)). Từ đó các nhà nghiên cứu đã ước lượng được vai trò của yếu tố gene, cũng như xác định được tầm quan trọng của nhóm dân số lai trong các nghiên cứu sắc tố da. Nếu không có những sáng tạo mới để đo lường sắc tố da ở những nhóm dân số lai phù hợp, thì sự hiểu biết của chúng ta về các gene quy định sắc tố da sẽ không thể tiến xa như chúng ta đã thấy trong thời gian gần đây.

Sắc tố da có lẽ là đặc điểm tiến hóa nhanh chóng nhất của loài người so với các loài lân cận. Một nghiên cứu đã ước lượng tỉ lệ biến động của các gene quy định sắc tố là khoảng 88% so với tỉ lệ 10-15% các gene khác trong loài (Relethford, 2002). Những thay đổi trong cấu trúc tế bào cũng như trong con đường chuyển hóa là nguyên nhân chính của sự khác biệt sắc tố da ở những chủng tộc người khác nhau. Ví dụ: hầu hết mọi người đều có số lượng melanosome tương tự nhau, nhưng melanosome của những người có da sậm màu thì chứa nhiều melanin hơn, kích thước to lớn hơn, và mức độ phân tán rộng hơn (thay vì tụ tập lại với nhau thành nhóm có chung màng) (Sturm và cs., 1998). Ngoài ra các biến động sắc tố cũng được góp phần bởi các đột biến ở gene quy định con đường chuyển hóa sắc tố, bao gồm cả con đường tyrosinase (enzyme này được mã hóa bởi gene TYR), là một enzyme cần thiết, cũng là enzyme quyết định tốc độ phản ứng của quá trình tổng hợp sắc tố (Fuller và cs., 2001).

Trong vài năm qua sự hiểu biết của chúng ta về nền tảng di truyền của sắc tố bình thường đã có những tiến bộ ngoạn mục (for reviews, see Parra, 2007; Sturm, 2009). Hiện nay chúng ta đã biết được 11 gene ảnh hưởng đến mức độ sắc tố ở các chủng tộc người khác nhau. Các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào những gene hoặc nhóm gene của dân số lai đời đầu (thường là con cái của những người Châu Âu và Tây Phi, hoặc Châu Âu và người Mỹ gốc Ấn) và dân số thuần chủng, ngoại trừ một nghiên cứu của Stokowski và cs (2007) là nghiên cứu gene trên người Nam Á, là những chủng tộc có sự pha tạp kiểu gene lâu đời. Như công trình của Harrison và Owen đã thực hiện, nhóm dân số lai là rất quan trọng để có thể hiểu được về sự khác biệt sắc tố ở các nhóm người khác nhau, bởi vì các alen trong locus gene sẽ được trộn lẫn với nhau. Nếu thiếu sự pha tạp này, chúng ta sẽ không thể hình dung được tác động của locus gene.

Dựa trên các số liệu thu thập được từ thế hệ F₁ và F₂, Harrison và Owen tiên đoán rằng có ít nhất từ 6-8 gene quy định sự khác biệt sắc tố da giữa nhóm người Châu Âu và Tây Phi. Gần đây các nhà nghiên cứu đã xem xét đến nhóm dân số lai hiện tại, là nhóm dân số đã trải qua nhiều thế hệ hơn, và ước lượng rằng có ít nhất 10 gene đóng góp vào sự khác biệt ở cấp độ quần thể giữa những người Châu Âu và Tây Phi (Parra et al., 2004). Hiện nay các gene đã được xác nhận là : SLC24A5, SLC45A2 (MATP), KITLG, OCA2, TYR, và ASIP (reviewed in Sturm, 2009). Các gene và đột biến gene khác dường như chịu trách nhiệm cho sự khác biệt sắc tố giữa người Mỹ gốc Ấn và người Châu Âu. Các marker ghi nhận thông tin về nguồn gốc trong các gene CYP19A1, MYO5A, và SLC24A5 đã cho thấy có sự pha trộn kiểu gene ở quần thể người Tây Ban Nha (Hispanic) (Hoggart et al., 2003). Tuy nhiên vẫn còn nhiều gene khác cần được nhận diện để xác định đầy đủ các biến thể gene (quy định sắc tố) trong quần thể người.

Bằng cách phân tích các phép lai, bức tranh về cây tiến hóa trong sắc tố da của loài người đang dần hiện rõ và trở nên phức tạp. Lamason et al. (2005) đã nhận diện một đột biến trong gene SLC24A5 làm loài cá zebrafish có màu vàng. Tương tự ở người, sự thay thế một acid amin (SLC24A5*Thr111), được phát hiện trong dự án HapMap, gây hiệu ứng mạnh mẽ nhất (hơn bất cứ gene nào đã được biết từ trước tới nay) trên sự khác biệt sắc tố da giữa người Châu Âu và người Tây Phi. Kỳ lạ là đột biến này mặc dù gặp ở tuyệt đại đa số người Châu Âu, lại hiếm gặp (tỉ lệ ~ 2.5%) ở vùng Đông Á, gợi ý rằng các đột biến chịu trách nhiệm cho màu da sáng không được chia sẻ cho nhóm dân số này. Gene SLC45A2 cũng cho thấy có một mẫu hoặc biến thể tương tự như SLC24A5, với alen quy định màu da sáng phần lớn bị giới hạn ở người Châu Âu và không được tìm thấy ở người Đông Á (Norton và cs., 2007). Để tìm hiểu xem liệu alen SLC24A5*Thr111 có tác dụng gì trên sự tổng hợp sắc tố ở người Châu Âu không, Ginger và cs. (2008) đã cấy gene này vào DNA của tế bào sắc tố nuôi cấy. Kết quả là protein NCKX5 của bộ máy trans-Golgi giảm đáng kể sự trao đổi cation và sự sản xuất melanin. Dựa trên quan sát này, Ginger và cs. giả định rằng gene bị đột biến SLC24A5*Thr111 làm thay đổi độ acid ở bộ máy trans-Golgi , dẫn đến sự thay đổi hoạt tính tyrosine, hoặc, dựa trên thời gian bộc lộ SLC24A5 trong quá trình tăng sinh tế bào, nó có thể điều hòa sự lưu thông của pre-melanosome.

Sự phân bố của các gene SLC24A5 và SLC45A2 nói riêng, và sắc tố da nói chung, cho thấy sự khác biệt sâu xa hơn là những gì được tìm thấy trong hầu hết kiểu gen và kiểu hình của con người. Câu hỏi đặt ra là những nguồn lực tiến hóa nào đã tạo ra một hình mẫu như vậy ? Harrison và Owen đã là một trong những người đầu tiên dùng phương pháp nghiên cứu gene để tiếp cận với câu hỏi này bằng cách xét nghiệm màu sắc da dựa trên quang phổ phát xạ (và, dựa trên suy luận, tìm ra các gen của những cá thể lai trong nghiên cứu). Những thay đổi ở quần thể lai làm sáng tỏ những khác biệt giữa nhóm người Châu Âu và Tây Phi. Gần đây những bản chụp bộ gene người đã xác nhận các gene quy định sắc tố ở mỗi nhóm dân số đang xét (xem Figure 1).

Bằng chứng về sự phân bố gene thấy rõ ở nhóm người không Phi Châu hơn là nhóm người Phi Châu, có lẽ là do có liên hệ đến quá trình thuộc địa hóa của nhóm dân số này, trong khi đặc điểm phân bố của các gene cổ xưa hơn thì khó phát hiện hơn. Ở cựu thế giới (Châu Âu, Châu Á) một vài gene có xu hướng phân bố ở cả Châu Âu lẫn Đông Á (vd., KITLG). Tuy nhiên cũng có những bằng chứng cho thấy có sự tiến hóa độc lập ở màu sắc da sáng ở hai nhóm người này (Châu Âu, Đông Á), nói cách khác là kiểu hình giống nhau không phải là kết quả của sự di truyền của cùng một kiểu gen. Điều này được minh họa trong ví dụ về các gene SLC24A5 và SLC45A2, cả hai gene này chỉ phân bố tại Châu Âu mà không phân bố ở nơi khác. Những đặc điểm phân bố này phản ánh quá trình di cư của loài người đến hai vùng Châu Âu và Châu Á trong khoảng thời gian cách nay 50 ngàn năm đổ lại. Tuy nhiên không phải là tất cả các đặc điểm phân bố gene mới xảy ra trong khoảng thời gian này. Ví dụ các biến thể gene EDN3 phân bố ở tổ tiên tất cả các chủng người trước cả khi loài người có sự phân hóa (McEvoy et al., 2006). Một vài nhà nghiên cứu gợi ý rằng điều này có thể phản ảnh cho sự khởi đầu trong quá trình sậm dần màu da ở tổ tiên loài người, khi mà họ mất đi lớp lông bảo vệ làn da sáng màu (như lớp lông của người anh em vượn người).

Một trong những phát hiện ấn tượng nhất trong số các nghiên cứu sắc tố da chính là phát hiện về đặc điểm phân bố/chọn lọc của gene quy định sắc tố. Những áp lực trong quá trình tiến hóa đã ảnh hưởng như thế nào đến màu sắc da cũng được mô tả chi tiết trong nghiên cứu của Jablonski và Chaplin (2000). Nói chung hầu hết các ngiên cứu ủng hộ giả thuyết cho rằng màu sắc da sậm đi là kết quả của quá trình tiến hóa, có lẽ không chỉ xảy ra một lần, nhằm giảm bớt phản ứng phân hủy acid folic bởi ánh sáng mặt trời. Acid folic là tác nhân bảo vệ cơ thể chống lại khuyết tật ống thần kinh, nó cũng là yếu tố cần thiết cho sự nhân đôi và sửa chữa DNA, và còn nhiều chức năng khác. Hiện có những tranh luận trái ngược nhau xung quanh một giả thuyết đang thịnh hành nói về lợi ích của màu da sáng trên phương diện thích nghi. Giả thuyết này cho rằng trong môi trường có cường độ tia UV thấp, lượng melanin được sản xuất ít đi sẽ tạo thuận lợi cho quá trình tổng hợp vitamin D3 (cần cho sự phát triển bình thường của xương, hệ miễn dịch, hệ tim mạch). Tuy nhiên cũng có những tranh luận trái ngược nhau về vai trò của vitamin D (Robins, 2009; Chaplin and Jablonski, 2010).

Mặc dù vẫn còn nhiều nghiên cứu đang được tiến hành nhằm xác định nguyên nhân chính xác nhất cho sự phân bố sắc tố, điều rõ ràng là các gene quy định sắc tố có tính chọn lọc cao hơn hẳn các gene cần thiết khác như gene liên quan đến miễn dịch, sinh sản, dinh dưỡng. Nhiều nghiên cứu cho rằng gene quy định sắc tố có tính chọn lọc mạnh hơn cả các gene có tính chọn lọc mạnh nhất trong quần thể người Châu Âu (Lao et al., 2006; Voight et al., 2006; Myles et al., 2007). Nghiên cứu khác cho thấy gene sắc tố có tính chọn lọc cao gấp 02 lần một gene bất kỳ ở cả người Châu Âu lẫn Trung Quốc (Williamson et al., 2007), và có chỉ số F_ST (khoảng cách di truyền giữa hai quần thể) cao hơn đáng kể so với các gene khác (Pickrell et al., 2009). Có hơn 25 gene cùng nhau hiển thị bằng chứng về sự chọn lọc, và gợi ý rằng một sự chọn lọc sắc tố da có lẽ có lịch sử lâu đời hơn cả sự xuất hiện của chủng người Homo sapiens.

Mặc dù có nhiều gene được xác nhận liên quan đến các biến thể sắc tố da người, một số đáng kể các khác biệt giữa các quần thể người vẫn chưa thể được giải thích. Có hơn 350 ổ gene (locus, loci) đã được nhận diện ở chuột được giả định là có liên quan đến sắc tố. Các gene này được liệt kê trong bộ dữ liệu các gene quy định sắc tố của IFPCS (International Federation of Pigment Cell Societies) (xem tại đây). Các gene này (chuột) có liên quan gì đến các biến thể sắc tố chưa giải thích được ở người hay không vẫn chưa rõ. Kích thước của cơ sở dữ liệu này cho ta lòng tin vào các giả thuyết rằng nhiều biến thể hiếm có thể đóng góp vào sự thay đổi sắc tố ở con người. Xác định các biến thể hiếm chỉ có thể thực hiện được bằng sự gia tăng sử dụng đặc điểm đánh dấu và xác định trình tự (gene) để đánh giá dân số không phải châu Âu và dân số lai. Ngoài ra điều quan trọng là trình tự gene được xác định phải có mối liên hệ với kiểu hình. Sự nhận diện đơn thuần các mẫu gene sắc tố ở các dân số hoặc cá nhân cũng không giúp chứng minh rằng các mẫu gene này sẽ tạo ra các kiểu hình sắc tố khác nhau.

Việc tìm hiểu sự phân nhánh của quá trình tiến hóa loài người trong việc định hình cấu trúc và phân bố của các gene liên quan sắc tố đòi hỏi có những kỹ thuật đo lường chính xác và khách quan. Mặc dù các đánh giá chủ quan, tự báo cáo, cũng có thể giúp cung cấp thông tin cần thiết cho việc nhận diện các gene trong một vài khía cạnh nào đó (ví dụ: chứng bạch tạng, màu tóc hung, màu mắt xanh), tuy nhiên để có các phân tích định lượng gene di truyền hoàn chỉnh thì phải dùng các phép đo sắc tố da ở từng bước sóng cụ thể. Bởi vì có quá nhiều các biến thể sắc tố da trên toàn bộ quần thể người, việc nghiên cứu các nhóm dân số lai là cần thiết để có thể nghiên cứu các gene và hiệu ứng của chúng. Phương pháp như vậy đã được thực hiện bởi Harrison và Owen cách đây hơn 45 năm, và nó đã định hình cho một phương pháp nghiên cứu hiện đại trong lĩnh vực nghiên cứu quá trình tiến hóa các gene liên quan sắc tố của con người.

TO CITE THIS ARTICLE

Quillen EE, Shriver MD (2011). Unpacking human evolution to find the genetic determinants of human skin pigmentation. J Invest Dermatol 131: E5–E7

REFERENCES

Chaplin G, Jablonski NG (2010) Human skin pigmentation as an adaptation to UV radiation. Proc Natl Acad Sci USA 107:8962–8

Fuller BB, Spaulding DT, Smith DR (2001) Regulation of the catalytic activity of preexisting tyrosinase in black and Caucasian human melanocyte cell cultures. Exp Cell Res 262:197–208

Ginger RS, Askew SE, Ogborne RM et al. (2008) SLC24A5 encodes a trans-Golgi network protein with potassium-dependent sodium-calcium exchange activity that regulates human epidermal melanogenesis. J Biol Chem 283:5486–95

Harrison GA, Owen JJT (1964) Studies on the inheritance of human skin colour. Ann Hum Genet Lond 28:27–37

Hoggart CL, Parra EJ, Shriver MD et al. (2003) Control of confounding of genetic associations in stratified populations. Am J Hum Genet 72: 1492–504

Jablonski NG, Chaplin G (2000) The evolution of human skin coloration. J Hum Evol 39:57–106

Lamason RL, Mohideen M-L, Mest J et al. (2005) SLC24A5, a putative cation exchanger, affects pigmentation in zebrafish and humans. Science 310:1782–6

Lao O, de Gruijter JM, van Duijn K et al. (2006) Signatures of positive selection in genes associated with human skin pigmentation as revealed from analyses of single nucleotide polymorphisms. Ann Hum Genet 71:354–69

McEvoy B, Beleza S, Shriver MD (2006) The genetic architecture of normal variation in human pigmentation: an evolutionary perspective and model. Hum Mol Genet Spec No. 2: R176–81

Myles S, Somel M, Tang K et al. (2007) Identifying genes underlying skin pigmentation differences among human populations. Hum Genet 120:613–21

Norton HL, Kittles RA, Parra EJ et al. (2007) Genetic evidence for the convergent evolution of light skin in Europeans and East Asians. Mol Biol Evol 24:710–22

Parra EJ (2007) Human pigmentation variation: evolution, genetic basis, and implications for public health. Yearbook Phys Anthropol 50: 85–105

Parra EJ, Kittles RA, Shriver MD (2004) Implications of correlations between skin color and genetic ancestry for biomedical research. Nat Genet 36:S54– S60

Pickrell JK, Coop G, Novembre J et al. (2009) Signals of recent positive selection in a worldwide sample of human populations. Genome Res 19:826–37

Relethford JH (2002) Apportionment of global human genetic diversity based on craniometrics and skin color. Am J Phys Anthropol 118: 393–8

Robins AH (2009) The evolution of light skin color: role of vitamin D disputed. Am J Phys Anthropol 139:447–50

Stokowski RP, Pant PV, Dadd T et al. (2007) A genomewide association study of skin pigmentation in a South Asian population. Am J Hum Genet 81:1119–32

Sturm RA (2009) Molecular genetics of human pigmentation diversity. Hum Mol Gen 18:R9–17

Sturm RA, Box NF, Ramsay M (1998) Human pigmentation genetics: the difference is only skin deep. Bioessays 20:712–21

Voight BF, Kudaravalli S, Wen X et al. (2006) A map of recent positive selection in the human genome. PLoS Biol 4:e72

Williamson SH, Hubisz MJ, Clark AG et al. (2007) Localizing recent adaptive evolution in the human genome. PLoS Genet 3:e90

_______________________________________________________________________________________

SINH TỔNG HỢP MELANIN

Vincent J. Hearing¹

¹Laboratory of Cell Biology, National Cancer Institute, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA

Correspondence: Vincent J. Hearing, E-mail: hearingv@nih.gov

doi:10.1038/skinbio.2011.4

_______________________________________________________________________________________

Màu sắc của da, tóc, mắt chủ yếu phụ thuộc vào sự hiện diện của sắc tố melanin ở các mô này. Melanin được sản xuất bởi các tế bào chuyên biệt gọi là tế bào sắc tố (melanocyte). Không chỉ loại melanin nào được sản xuất đóng vai trò quan trọng, mà cả sự phân bố sau cùng của chúng trong các mô cũng ảnh hưởng sâu sắc đến màu sắc. Loại melanin và sự phân bố của chúng xác định chức năng của sắc tố, chẳng hạn như chức năng chống nắng (Gilchrest, 2011). Sự di cư, biệt hóa trong quá trình phát triển tế bào tiền thân của tế bào sắc tố (tức là nguyên bào sắc tố) theo những cách thức đặc biệt là rất cần thiết để tạo ra sắc tố ở người trưởng thành (Kawakami và Fisher, 2011). Sau đây là vài nét tóm tắt các khám phá quan trọng giúp chúng ta hiểu được về các phản ứng sinh hóa và các yếu tố sinh melanin trong quá trình tổng hợp sắc tố này.

Enzym quan trọng liên quan đến sự tổng hợp của tất cả các loại melanin từ tiền chất ban đầu nhất (tyrosine) chính là men tyrosinase (EC 1.14.18.1). Các men tyrosinase được tìm thấy trong nhiều chủng loài bao gồm động vật hữu nhũ và các động vật bậc thấp hơn, thực vật, kể cả nấm. Thực ra các quan sát sớm nhất về chức năng xúc tác của men tyrosinase chính là từ chiết xuất của nấm (Bourquelot và Bertrand, 1895), và nấm vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay như là nguồn cung cấp dồi dào loại enzyme này. Tất cả các men tyrosinase đều phải liên kết với nguyên tố đồng mới thực hiện được chức năng xúc tác (Lerner et al., 1950; Lerch et al., 1986), mặc dù cơ chất và tính chất của chúng rất khác biệt nhau ở những loài khác nhau (Lerner et al., 1951; Hearing et al., 1980). Bước đầu tiên trong quá trình sinh tổng hợp melanin được cho là sự hydoxyl hóa phân tử tyrosine thành L-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA, L-DOPA), và gần như ngay lập tức chất này bị oxy hóa thành DOPA-quinone (DQ). Bên trong tế bào sắc tố, DQ được tạo thành sẽ tự động chuyển hóa thành một chất trung gian có màu da cam gọi là DOPA-chrome. In vitro, DOPA-chrome tự động mất nhóm chức acid (nhóm carboxyl) và chuyển thành 5,6-dihydroxyindole (DHI), chất này sau đó có thể bị oxy hóa và bị trùng hợp để tạo thành một phức hợp dày đặc, khối lượng phân tử lớn, gọi là DHI-melanin. Chuỗi phản ứng này được báo cáo lần đầu bởi Raper (1926), sau đó được hiệu chỉnh lại bởi Mason (1948); cho nên con đường sinh tổng hợp melanin thường được gọi là con đường Raper–Mason. Trong những thập niên 1950, 1960, và 1970, các nhóm nghiên cứu tại đại học Yale (dẫn đầu là AB Lerner) và Harvard (dẫn đầu là TB Fitzpatrick) đã cùng cộng tác và đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sự liên hệ của men tyrosinase trong quá trình tổng hợp sắc tố ở da (Fitzpatrick et al., 1950), hoạt tính của nó bị giới hạn trong melanosome như thế nào, rồi những bào quan này phát triển ra sao (Seiji et al., 1961; Szabo et al., 1969), các rối loạn nào xảy ra trong tiến trình sinh tổng hợp melanin dẫn đến những bệnh da rối loạn sắc tố (Breathnach et al., 1965; Kawamura et al., 1971; Lerner and Nordlund, 1978; Rees, 2011; Spritz, 2011). Những phát hiện này, cùng với việc chuyên cần đào tạo các nghiên cứu sinh và bác sĩ lâm sàng của nhóm nghiên cứu, đã đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập những trung tâm nghiên cứu tại Châu Á, Châu Âu, và Châu Mỹ, mà những trung tâm này đến nay vẫn còn có ảnh hưởng mạnh mẽ trên các nghiên cứu về sắc tố da và bệnh da rối loạn sắc tố. Như được minh họa trong Figure 1 (giản đồ minh họa con đường sinh melanin xảy ra bên trong melanosome, đưa đến sự tạo thành eumelanin và/hoặc pheomelanin), DOPA thực ra không phải là chất trung gian được tạo ra từ tyrosine, mà thật ra nó được tạo ra sau này do sự khử nối đôi của DQ (Riley, 1999), và các enzyme về sau có thể tái sắp xếp DOPA-chrome để tạo ra dạng trung gian được carboxyl hóa (DHI-2-carboxylic acid), viết tắt là DHICA, sẽ được bàn tới sau.

Sự phân tích cấu trúc melanin, một loại polymer khối lượng phân tử lớn, phụ thuộc vào sự phát triển của những phương pháp mới, vì sắc tố này rất khó phân tích. Sự nghiên cứu cấu trúc melanin được khởi đầu bởi các nhà khoa học ở Anh (Swan, 1963) và Naples (Nicolaus et al., 1964). Khi tìm hiểu cấu trúc các loại melanin có trong tự nhiên, người ta nhanh chóng nhận thấy rằng melanin có hai loại chính: loại có màu nâu đen gọi là eumelanin, loại có màu vàng đỏ gọi là pheomelanin. Nhóm nghiên cứu của Prota ở Naples đã đi đầu trong việc phát hiện cấu trúc pheomelanin và sự liên quan của lưu huỳnh như là tác nhân chịu trách nhiệm chính cho đặc tính và màu sắc độc đáo của loại melanin này (Prota, 1980). Prota cùng đồng nghiệp, cũng như Ito và Wakamatsu ở Nhật Bản (Ito et al., 1984), đã phát triển một loạt các xét nghiệm nhạy hơn và đặc hiệu hơn để phát hiện các chất trung gian của eumelanin và pheomelanin, nhờ đó mà chúng ta ngày nay có được sự hiểu biết căn bản hơn về cách mà các sắc tố này được tạo ra trong melanocyte, cũng như cách mà chúng được trùng hợp. Vai trò quan trọng của nhóm sulfhydryl trong phản ứng tức thì với DQ để tạo thành các dạng kết hợp khác nhau của cysteinyl-DOPAs, và các phản ứng tiếp theo của chúng, qua trung gian của cysteinyl-DOPA-quinones và Benzothiazine, để tạo thành pheomelanin, dần dà được xác định bởi nhóm của Rorsman ở Thụy Điển, Ito ở nhật Bản, Thody ở Anh, và Prota ở Ý (Agrup et al., 1979; Ito and Fujita, 1985; Thody et al., 1991; Napolitano et al., 1994). Các nghiên cứu đặc trưng về tính chất và cấu trúc của melanin ở các loại mô khác nhau được thực hiện bởi các nhóm Simon ở Mỹ, d’Ischia and Zecca ở Italy, và Sarna ở Ba Lan (Sarna, 1992; Zecca et al., 2001; Liu et al., 2005; Pezzella et al., 2009). Yếu tố sinh lý quyết định cho sự tạo ra eumelanin và/hoặc pheomelanin được điều hòa chủ yếu bởi Melanocortin 1 receptor (MC1R) (thông qua các ligand khác nhau), melanocyte stimulating hormone (MSH) và agouti signaling protein (ASIP) (Rees, 2011).

Một cách tình cờ, vào năm 1980, Pawelek và cs. báo cáo một phát hiện mới rằng có một yếu tố sinh học được sản xuất bên trong melanocyte có khả năng ngăn cản DOPA-chrome tự động khử carboxyl để tạo thành DHI, từ đó đưa đến sự tạo thành một loại melanin carboxyl hóa có màu sắc sáng hơn và độ hòa tan cao hơn, ngày nay gọi là DHICA-melanin (Körner and Pawelek, 1980). Vào lúc ấy đã xảy ra một vài tranh luận về điểm này, bởi vì đặc tính được mô tả có thể thực hiện được trong các thí nghiệm in vitro với các ion dương kim loại hóa trị hai (Palumbo et al., 1987), nhưng sau này, cùng với sự đi lên của ngành sinh học phân tử, trong cuộc chạy đua để nhân bản gene mã hóa men tyrosinase, người ta đã gián tiếp nhận dạng được hai loại protein ảnh hưởng đến men tyrosinase (ngày nay gọi là TYRP1 (Tyrosinase-related protein 1) và DCT (Dopachrome tautomerase, dopachrome delta-isomerase, tyrosine-related protein 2)); một trong hai loại đó đã nhanh chóng cho thấy hoạt tính của enzyme DOPA-chrome tautomerase (Tsukamoto et al., 1992). Sau đó Orlow và cs. đã chứng minh rằng có ba enzymes liên hệ đến tyrosinase được trùng hợp bên trong melanocyte tạo thành một phức hợp tương tác lẫn nhau để thực hiện chức năng sinh lý (Orlow et al., 1994).

Do tính chất quan trọng của sắc tố, cũng như giả thuyết cho rằng các bệnh da rối loạn sắc tố có nguyên nhân từ các đột biến gene, Kwon và cs. đã tiến hành nhân bản gene mã hóa tyrosinase (Kwon et al., 1987), còn Berson (Berson et al., 2001) thì nghiên cứu một loại protein bên trong melanosome được cho là rất quan trọng cho sự ổn định cấu trúc melanosome (Pmel17). Như đã nói ở trên, quá trình nhân bản gene (mã hóa men) tyrosinase đã đưa đến việc nhân bản 02 gene khác có mối liên hệ gần, và một số nhóm nghiên cứu đã nhờ đó mà xác định được các bệnh da sắc tố ở người có liên hệ đến từng loại trong số các gene này, trong đó đáng lưu ý là nhóm nghiên cứu labo ở Mỹ (Getting and King, 1994; Spritz, 1994), và nhiều nhóm khác sau này (reviewed in Hearing and Leong, 2005; Nordlund et al., 2006). Điều được phát hiện là cả bốn loại bạch tạng với biểu hiện ở da và mắt (oculocutaneous albinism) đều là hậu quả từ những tổn thương ở mức độ phân tử làm mất chức năng men tyrosinase: OCA1, dạng nghiêm trọng nhất, là hậu quả của đột biến chính gene mã hóa tyrosinase, còn OCA2, OCA3, OCA4 (biểu hiện nhẹ hơn) thì liên quan đến các đột biến các gene làm ảnh hưởng quá trình sản xuất và lưu thông của men tyrosinase tới melanosome (tương ứng với các gene P, TYRP1, và MATP) (Toyofuku et al., 2001; Costin et al., 2003). Còn nhiều loại rối loạn sắc tố khác gây ảnh hưởng đến các tiến trình căn bản khác, ngoài ảnh hưởng lên melanocyte và sự sản xuất melanin, hầu hết là ảnh hưởng lên sự tổng hợp bào quan (bao gồm cả melanosome) và/hoặc vận chuyển melanosome nội bào, hoặc rối loạn vận chuyển melanosome đến các tế bào sừng xung quanh. Các rối loạn như thế bao gồm hội chứng Hermansky–Pudlak, hội chứng Griscelli, và hội chứng Chediak-Higashi. Bạn đọc quan tâm đến các gene quy định sắc tố và các bệnh tương ứng có thể xem tại đây.

Hiện nay mối quan tâm về sự tổng hợp và chức năng của melanin ở các mô ít sắc tố hơn da, tóc và mắt, đang gia tăng đáng kể. Số lượng melanocyte trong các mô này cũng ít ỏi, và chức năng của chúng cũng đang được phỏng đoán và nghiên cứu. Trong số các mô được quan tâm có tai trong, tim, liềm đen (ở não), và mô mỡ. Nhiều bằng chứng cho thấy melanin đóng vai trò bảo vệ quan trọng cho các cơ quan này (Brito and Kos, 2008; Zecca et al., 2008; Randhawa et al., 2009).

Melanin đóng vai trò quan trọng cho làn da chúng ta vì các tác dụng thẩm mỹ, khử độc tố, chống nắng, và các chức năng khác. Ở động vật bậc thấp hơn, melanin đóng vai trò quan trọng cho sự sống còn (vd. như khả năng ngụy trang ở con mồi lẫn thú đi săn, điều hòa thân nhiệt ở động vật lưỡng cư v.v…). Ở người, melanin cho hiệu quả tuyệt vời để đề kháng tia UV. Nguy cơ ung thư da ở người có làn da sáng thì cao hơn từ 30-40 lần so với màu da tối. Vai trò của melanin ở các mô khác cũng đang được nghiên cứu và chắc chắn sẽ cung cấp rất nhiều thông tin sau này.

REFERENCES

Agrup G, Hansson C, Rorsman H et al. (1979) Intracellular distribution of DOPA and 5-S-cystei- nylDOPA in pigment cells with minimal pigment formation. Acta Dermatol Venereol Suppl 59:355–6

Berson JF, Harper DC, Tenza D et al. (2001) Pmel17 initiates premelanosome morphogenesis within multivesicular bodies. Mol Biol Cell 12:3451–64

Bourquelot E, Bertrand A (1895) Le bleuisse- ment et le noircissement des champignons. Comp Rend Soc Biol 2:582–4

Breathnach AS, Fitzpatrick TB, Wyllie LMA (1965) Electron microscopy of melanocytes in human piebaldism. J Invest Dermatol 45:28–37

Brenner M, Hearing VJ (2009) What are melano- cytes really doing all day long y? Exp Dermatol 18:799–819

Brito FC, Kos L (2008) Timeline and distribution of melanocyte precursors in the mouse heart. Pigment Cell Melanoma Res 21:464–70

Costin GE, Valencia JC, Vieira WD et al. (2003) Tyrosinase processing and intracellular trafficking is disrupted in mouse primary melanocytes carry- ing the uw mutation: a model for oculocutaneous albinism (OCA) type 4. J Cell Sci 116:3203–12

Fitzpatrick TB, Becker Jr SW, Lerner AB et al. (1950) Tyrosinase in human skin: demonstration of its presence and of its role in human melanin formation. Science 112:223–5

Getting WS, King RA (1994) Molecular basis of oculocutaneous albinism. J Invest Dermatol 103:131S–6S

Gilchrest BA (2011) Molecular aspects of tann- ing. J Invest Dermatol 131:E14–7

Hearing VJ, Ekel TM, Montague PM et al. (1980) Mammalian tyrosinase. Stoichiometry and mea- surement of reaction products. Biochim Biophys Acta 611:251–68

Hearing VJ, Leong SPL (2005) From Melanocyte to Melanoma: The Progression to Malignancy. 1st ed. New York: Humana Press

Ito S, Fujita K (1985) Microanalysis of eumelanin and pheomelanin in hair and melanomas by chemical degradation and liquid chromatography. Anal Biochem 144:527–36

Ito S, Fujita K, Takahashi H et al. (1984) Characterization of melanogenesis in mouse and guinea pig hair by chemical analysis of melanins and of free and bound DOPA and 5-S-cysteinyl- DOPA. J Invest Dermatol 83:12–4

Kawakami A, Fisher DE (2011) Key discoveries in melanocyte development. J Invest Dermatol 131:E2–4

Kawamura K, Fitzpatrick TB, Seiji M (1971) Biology of Normal and Abnormal Melanocytes. Baltimore: University Park Press

Kondo T, Hearing VJ (2011) Update on the regulation of melanocyte function and skin pigmentation. Expert Rev Dermatol 6:97–108

Ko¨ rner AM, Pawelek JM (1980) DOPAchrome conversion: a possible control point in melanin biosynthesis. J Invest Dermatol 75:192–5

Kwon BS, Haq AK, Pomerantz SH et al. (1987) Isolation and sequence of a cDNA locus for human tyrosinase that maps at the mouse c-albino locus. Proc Natl Acad Sci USA 84:7473–7

Lerch K, Huber M, Scheider HJ et al. (1986) Different origins of metal binding sites in bi- nuclear copper proteins, tyrosinase and hemo- cyanin. J Inorg Chem 26:213–7

Lerner AB, Fitzpatrick TB, Calkins E et al. (1950) Mammalian tyrosinase; the relationship of copper to enzymatic activity. J Biol Chem 187: 793–802

Lerner AB, Fitzpatrick TB, Calkins E et al. (1951) Mammalian tyrosinase; action on substances structurally related to tyrosine. J Biol Chem 191:799–806

Lerner AB, Nordlund JJ (1978) Vitiligo what is it? Is it important? J Am Med Assoc 239:1183–7

Liu Y, Hong L, Wakamatsu K et al. (2005) Comparison of structural and chemical properties of black and red human hair melanosomes. Photochem Photobiol 81:135–44

Mason HS (1948) The chemistry of melanin: mechanism of the oxidation of dihydroxypheny- lalanine by tyrosinase. J Biol Chem 172:83–99

Napolitano A, Costantini C, Crescenzi O et al. (1994) Characterization of 1,4-benzothiazine intermediates in the oxidative conversion of 5- S-cysteinyldopa to pheomelanins. Tetrahedron Lett 35:6365–8

Nicolaus RA, Piattelli M, Fattorusso E (1964) The structure of melanins and melanogenesis. IV. On some natural melanins. Tetrahedron 20:1163–72

Nordlund JJ, Boissy RE, Hearing VJ et al. (2006) The Pigmentary System: Physiology and Pathophysiology. 2nd ed. Edinburgh: Blackwell Science

Orlow SJ, Zhou BK, Chakraborty AK et al. (1994) High-molecular-weight forms of tyrosinase and the tyrosinase-related proteins: evidence for a melanogenic complex. J Invest Dermatol 103:196–201

Palumbo A, d’Ischia M, Misuraca G et al. (1987) Effect of metal ions on the rearrangement of DOPAchrome. Biochim Biophys Acta 925:203–9

Pezzella A, Iadonisi A, Valerio S et al. (2009) Disentangling eumelanin ‘‘black chromophore’’: visible absorption changes as signatures of oxidation state- and aggregation-dependent dy- namic interactions in a model water-soluble 5,6- dihydroxyindole polymer. J Am Chem Soc 131:15270–5

Prota G (1980) Recent advances in the chemistry of melanogenesis in mammals. J Invest Dermatol 75:122–7

Randhawa M, Huff T, Valencia JC et al. (2009) Evidence for the ectopic synthesis of melanin in human adipose tissue. FASEB J 23:835–43

Raper HS (1926) The tyrosinase-tyrosine reac- tion: production of L-3.4-dihydroxyphenylalanine from tyrosine. Biochem J 20:735–42

Rees JL (2011) The genetics of human pigmen- tary disorders. J Invest Dermatol 131:E12–3

Riley PA (1999) The great DOPA mystery: the source and significance of DOPA in phase I melanogenesis. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand) 45:951–60

Sarna T (1992) Properties and function of the ocular melanin—a photobiophysical view. J Photochem Photobiol 12:215–58

Seiji M, Fitzpatrick TB, Birbeck MSC (1961) The melanosome: a distinctive subcellular particle of mammalian melanocytes and the site of melano- genesis. J Invest Dermatol 36:243–52

Spritz RA (1994) Molecular genetics of oculocutaneous albinism. Hum Mol Gen 3:1469–75

Spritz RA (2011) The genetics of vitiligo. J Invest Dermatol 131:E18–20

Swan GA (1963) Chemical structure of melanins. Ann NY Acad Sci 100:1005–19

Szabo G, Gerald AB, Pathak MA et al. (1969) Racial differences in the fate of melanosomes in human epidermis. Nature 222:1081

Thody AJ, Higgins EM, Wakamatsu K et al. (1991) Pheomelanin as well as eumelanin is present in human epidermis. J Invest Dermatol 97:340–4

Toyofuku K, Wada I, Valencia JC et al. (2001) Oculocutaneous albinism (OCA) types 1 and 3 are ER retention diseases: mutations in tyrosinase and/or Tyrp1 influence the maturation, degrada- tion of calnexin association of the other. FASEB J 15:2149–61

Tsukamoto K, Jackson IJ, Urabe K et al. (1992) A second tyrosinase-related protein, TRP2, is a melanogenic enzyme termed DOPAchrome tauto- merase. EMBO J 11:519–26

Zecca L, Bellei C, Costi P et al. (2008) New melanic pigments in the human brain that accumulate in aging and block environmental toxic metals. Proc Natl Acad Sci USA 105: 17567–72

Zecca L, Tampellini D, Gerlach M et al. (2001) Substantia nigra neuromelanin: structure, synth- esis, and molecular behaviour. J Clin Pathol Mol Pathol 54:414–8

_______________________________________________________________________________________

HIỆN TƯỢNG RÁM NẮNG DƯỚI GÓC ĐỘ PHÂN TỬ

Barbara A. Gilchrest¹

¹Department of Dermatology, Boston University School of Medicine, Boston, Massachusetts, USA

Correspondence: Barbara A. Gilchrest, E-mail: bgilchre@bu.edu

doi:10.1038/skinbio.2011.6

_______________________________________________________________________________________

Rám nắng được hiểu theo cách thông thường là tình trạng tăng sản xuất melanin ở thượng bì da sau khi tiếp xúc với tia UV. Sau này rám nắng được xem như là đáp ứng của vật chủ để bảo vệ da chống lại tác hại nếu phải tiếp xúc trở lại với tia UV. Mặc dù rám nắng thường được nghiên cứu nhiều nhất ở người, ta vẫn có thể quan sát hiện tượng này ở các động vật hữu nhũ khác, thậm chí ở cả những động vật nguyên thủy hơn (như cá mập chẳng hạn).

Nền tảng phân tử của hiện tượng rám nắng vẫn chưa được hiểu biết nhiều cho đến những năm 1990, mặc dù sự tiếp xúc với tia UV ở tế bào melanome chuột đã cho thấy có sự gia tăng số lượng thụ thể của α-MSH (α-melanocyte-stimulating hormone) ở bề mặt tế bào, và tăng đáp ứng với α-MSH bằng quá trình tổng hợp melanin, thông qua sự tăng tổng hợp protein ở nhiều cấp độ, và tăng hoạt tính men tyrosinase, một loại enzyme quyết định tốc độ phản ứng trong quá trình tổng hợp melanin (Bolognia et al., 1989; Chakraborty et al., 1991). Tuy nhiên những phản ứng khởi đầu của hiện tượng rám nắng ở cấp độ phân tử vẫn chưa được biết rõ.

Trong những năm 1980, các nhà nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Wellman (đại học Harvard) đã thực hiện thí nghiệm chiếu tia UV với nhiều cường độ khác nhau trên da bình thường của những người tình nguyện, và quan sát họ trong vài ngày để xác định liều tối thiểu ở từng bước sóng có thể gây ra hiện tượng rám nắng muộn (Parrish et al., 1982). Trong các thí nghiệm khác, họ sử dụng cách thức tương tự để xác định phổ tác động của tia UV để tạo ra cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs), dạng hóa chất thường gặp nhất của sự tàn phá DNA sau khi tiếp xúc với tia UV (Freeman et al., 1989). Các phổ gần như chồng lấp lên nhau, với đỉnh ở vào khoảng 300 nm, gợi ý về một mối liên hệ nhân quả giữa sự phá hủy DNA tức thì và sự gia tăng sản xuất, khuếch tán sau đó của melanin thượng bì.

Eller và cs. (1996) là những người đầu tiên kiểm tra các tác nhân tác động chuyên biệt trên DNA, chẳng hạn như các enzyme có hoạt tính bị giới hạn trên DNA, mà những tác nhân này cũng kích thích sự sản xuất melanin trên các tế bào sắc tố được nuôi cấy, ít là ở phần gia tăng gắn kết với α-MSH và đáp ứng với α-MSH bằng sự sản xuất melanin. Mặc dù điều này đã không loại trừ một vai trò cho các hiệu ứng trên màng tế bào qua trung gian tia UV, nó trực tiếp dính líu đến sự phá hủy DNA qua trung gian tia UV trong phản ứng rám nắng. Tương tự, sự gia tăng sửa chữa các tổn thương DNA bằng cách cung cấp các tế bào sắc tố đã được chiếu tia UV với men T4 endonuclease V, loại enzyme vi khuẩn xúc tác cho bước đầu tiên trong sự tiêu hủy CPD, cũng là tăng tạo melanin (Gilchrest et al., 1993).

Trước những năm 1990, người ta đã ghi nhận đáp ứng (của cơ thể ) với các tổn thương DNA được thực hiện qua trung gian các yếu tố sao mã và protein ức chế khối u p53, cũng được gọi là "vệ sĩ của bộ gene" (Lane, 1992), và hai nhóm nghiên cứu độc lập khác đã tìm hiểu xem liệu p53 có liên quan đến phản ứng rám nắng hay không. Bằng cách chuyển gene p53 cho các tế bào sarcome xương bị bất hoạt hoàn toàn gene p53, Nylander và cs. (2000) đã chứng minh rằng sự hoạt hóa p53 làm tăng vận hành (gene promoter kiểm soát) gene tyrosinase, cho thấy gene p53 có thể trực tiếp hoặc gián tiếp kích thích sao mã gene tyrosinase. Mối liên hệ giữa gene p53 và sự rám nắng cũng đã được mở rộng và xác nhận trên các mẫu tế bào melanome người và chuột. Khi so sánh giữa dòng tế bào melanome cha mẹ không chứa gene p53 với dòng melanome thế hệ con cháu được chuyển gene p53, người ta nhận thấy các tế bào chứa gene p53 có sự gia tăng nồng độ mRNA của men tyrosinase sau khoảng 72 giờ kể từ khi được hoạt hóa gene p53 (Khlgatian et al., 1999; Khlgatian et al., 2002). Những nghiên cứu này cũng chứng minh mối liên hệ ngược giữa nồng độ protein p53 (bất hoạt) và tyrosinase. Nhu cầu hoạt hóa p53 để gia tăng nồng độ men tyrosinase và nồng độ melanin thượng bì in vivo đã được xác nhận bằng thí nghiệm gây rám nắng ở những con chuột có và không có gene p53 (Khlgatian et al., 2002). Câu hỏi còn lại là liệu gene p53 có trực tiếp làm tăng sao mã gene tyrosinase hay không, bởi vì người ta không nhận diện được (protein) p53 trong vùng khởi động (của gene tyrosinase).

Một ghi nhận quan trọng khác là phổ tác động của tia UV gây rám nắng gần như trùng với phổ tác động của tia UV gây sản xuất CPD, điều này gợi ý rằng thymidine dinucleotide (viết tắt là TT), là thành phần chủ yếu cấu tạo nên CPD, tự nó có thể là một chất truyền tin làm tăng tạo melanin (làm rám nắng). Người ta đã thực hiện nhiều thí nghiệm khác nhau để so sánh giữa đáp ứng tia UV với các phân đoạn DNA này (CPD, TT). Quả vậy, TT đã tăng bộc lộ mRNA và protein tyrosinase cũng như lượng melanin ở những tế bào sắc tố chuột và người được nuôi cấy, cũng như là ở tế bào sắc tố của da heo còn nguyên vẹn, với khung thời gian tương tự như những gì quan sát được sau chiếu tia UV (Eller et al., 1994). TT cũng làm tăng sự gắn kết của anpha-MSH lên màng tế bào sắc tố nuôi cấy, có thể là do tăng sản xuất MSH, hoặc tăng khả năng gắn kết MSH với melanocortin 1 receptor (MC1R). Trong các nghiên cứu khác, người ta ghi nhận TT còn làm gia tăng và hoạt hóa p53 ở nhiều loại tế bào khác nhau (Eller et al., 1997).

VAI TRÒ CỦA SỰ PHÁ HỦY TELOMERE

Trong những năm 1990, các nhà khoa học quan tâm nhiều đến hiện tượng nhiễm sắc thể bị ngắn dần đi trong quá trình phân bào (the end replication problem) và sau đó là sự phát hiện telomere và vai trò sinh học của telomere. Telomere là phần tận cùng của nhiễm sắc thể hiện diện ở tất cả các loài động vật hữu nhũ, nó được cấu tạo từ những lặp đoạn DNA ngắn (dường như) không mã hóa (cho một gene nào), với trật tự các nucleotide là 5'. . . (TTAGGG)_n . . . 3' (tất nhiên mạch bổ sung tương ứng sẽ là 3'. . . (AATCCC)_n. . . 5'). Nhóm nghiên cứu de Lange nhận thấy rằng telomere không phải là cấu trúc dạng thẳng như DNA thông thường (cấu trúc bậc 1) mà có cấu trúc vòng (loop, cấu trúc bậc 2), và sự phá hủy cấu trúc bậc hai này làm lộ ra mạch đơn TTAGGG overhang, trong khi bình thường đoạn overhang này bị giấu trong chuỗi kép telomere phía đầu gần (proximal double-stranded telomere). Đoạn overhang bị bộc lộ sẽ phát tín hiệu về sự tổn hại DNA. Các nhà nghiên cứu xác định rằng tùy thuộc vào từng loại thí nghiệm khác nhau, sự phá hủy cấu trúc vòng (loop) kéo theo sự hoạt hóa các men ataxia telangiectasia-mutated (Karlseder et al., 1999) hoặc ataxia telangiectasia-related (Denchi and de Lange, 2007) kinases, các men này đã được biết là trung gian cho các phản ứng đáp ứng với sự tổn hại DNA do, lần lượt theo thứ tự, tia xạ gamma hoặc tia UV, được tiếp nối sau đó bởi sự hoạt hóa p53, và kết quả chung cuộc là sự chết theo chương trình (apoptosis) hoặc sự lão hóa tế bào, tùy theo loại tế bào. Như vậy, sự phá hủy vòng telomere cùng với sự phơi bày đoạn lặp TTAGGG nhanh chóng đưa đến những phản ứng ở cấp độ tế bào tương tự như những gì được quan sát thấy sau khi DNA bị tổn hại cấp tính do tia UV (trong số nhiều tác nhân gây tổn hại khác). Điều này gợi ý rằng các yếu tố gây tổn hại DNA chẳng hạn như CPDs, hay những protein sửa chữa DNA, cũng có thể làm bộc lộ chuỗi đơn DNA chứa các nucleotide TTAGGG được lặp đi lặp lại, và như vậy, những chuỗi DNA này tự nó đã đủ để khởi động cho một đường truyền tín hiệu (Gilchrest et al., 2009).

Gilchrest et al., 2009, cho biết : Hàm lượng TT, chiếm một phần ba chuỗi telomere, là cơ chất ưa thích của CPDs; còn guanine (GGG, chiếm phân nữa) là cơ chất cho hầu như tất cả các loại gốc tự do. Phần sợi nhô -G là vị trí cho hầu hết các tạp chất hóa học bám vào DNA. Tất cả những yếu tố này làm cho telomere trở thành mục tiêu tấn công lý tưởng cho các tác nhân tàn phá DNA. Ví dụ : người ta đã chứng minh được rằng sau khi phơi nhiễm với tia UV, nồng độ CPDs ở vùng telomere cao gấp bảy lần so với những vùng gene khác (Rochette and Brash, 2010). Điều này khiến chúng ta phải đặt câu hỏi : Liệu TT có thật sự là yếu tố kích thích tăng tạo melanin không ? Và bởi vì TT là một phần của chuỗi telomere, đoạn telomere đầy đủ liệu có hiệu quả mạnh hơn không ? Thực nghiệm cho thấy đoạn oligonucleotides chứa 11 cặp base GTTAGGGTTAG thì thực sự có hiệu quả mạnh hơn nhiều so với TT (với cùng khối lượng mol) trong khả năng tạo melanin ở tế bào sắc tố nuôi cấy và khả năng gây sạm nắng ở da người được nuôi cấy trong môi trường ex vivo (Gilchrest et al., 2009). Ngoài ra, sự phá hủy vòng T-loop bởi các thí nghiệm tương tự như phương pháp của nhóm de Lange cũng làm tăng hoạt tính của men tyrosinase và của melanocyte (Gilchrest et al., 2009). Hơn nữa, các đoạn oligonucleotides đồng đẳng với telomere (T-oligos) cũng làm tăng bộc lộ không chỉ men tyrosinase mà cả các gene tạo melanin khác như TRP1, Mart1, và gp100 (Puri et al., 2004).

SỰ HOẠT HÓA MEN TYROSINASE

Từ lâu người ta đã công nhận rằng sự tạo melanin trước và sau khi chiếu tia UV (ở tế bào sắc tố nuôi cấy cũng như ở da người còn nguyên vẹn) phụ thuộc vào hoạt tính của men tyrosinase hơn là tổng số lượng men. Các thí nghiệm của Park et al. (1999) cho thấy tyrosinase là một phosphoprotein, chỉ có hoạt tính khi được phosphoryl hóa tại vị trí của phân tử serin nằm trên chuỗi polypeptide nội bào (chuỗi này kéo dài cho tới màng của melanosome). Phản ứng phosphoryl hóa được thực hiện qua trung gian của men protein kinase C-beta (PKC-b). Men này (PKC-b) được hoạt hóa bởi diacylglycerol có nguồn gốc từ màng tế bào bị tổn hại sau chiếu tia UV. Sau đó phần tyrosinase nằm bên trong melanosome sẽ xúc tác cho phản ứng tổng hợp eumelanin. Điều thú vị là gene tổng hợp PKC-b cũng tăng sao mã sau khi bị chiếu tia UV (Park et al., 2006).

SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA TẾ BÀO SẮC TỐ VÀ TẾ BÀO SỪNG

Phản ứng rám nắng xảy ra phức tạp hơn nhiều ở mô da còn nguyên vẹn hoặc ở mô nuôi cấy hỗn hợp tế bào sắc tố và tế bào sừng (so với môi trường nuôi cấy melanocyte đơn độc), gợi ý rằng các hóa chất có nguồn gốc từ tế bào sừng có thể cũng tham gia vào phản ứng rám nắng (Archambault et al., 1995). Nhiều phòng thí nghiệm đã nhận diện được các protein của tế bào sừng bị tăng tổng hợp sau khi bị chiếu tia UV, các yếu tố này hoạt động như hormone cận tiết (paracrine) trong da để kích thích tế bào sắc tố kéo dài sự sống, tăng tổng hợp, vận chuyển melanin, trong đó nhiều yếu tố được cảm ứng bởi p53 và/hoặc T-oligos (reviewed in Park et al., 2009).

Nhóm Fisher đã thực hiện nhiều thí nghiệm trên chuột với các biến thể MC1R khác nhau và nhận thấy rằng các tế bào sắc tố mang gene MC1R có thể tạo ra phản ứng rám nắng với tia UV trong khi những tế bào mang gene MC1R bị đột biến mất chức năng (gặp ở người có màu tóc hung/đỏ) thì không tạo được phản ứng rám nắng. Họ chứng minh rằng ligand của MC1R là a-MSH, một sản phẩm bị phân cắt từ pro-opiomelanocortin (POMC), được điều hòa trong tế bào sừng bởi protein p53 thông qua trình tự bảo thủ (consensus sequence) p53 trong vùng khởi động của gene POMC (Cui et al., 2007). Quan sát này mở rộng quan điểm cho rằng rám nắng là một đáp ứng tích hợp của thượng bì với sự tổn hại DNA và được coi là mục tiêu trực tiếp hàng đầu cho sự phiên mã p53. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng tế bào sừng tạo thành POMC, phân cắt POMC thành a-MSH và các peptides khác, rồi giải phóng các chất này ra khoảng gian bào. Tất cả các phản ứng này đều tăng lên khi tiếp xúc với tia UV (Wintzen et al., 1996), tuy nhiên cơ chế chính xác của tia UV trong các phản ứng này vẫn chưa được rõ. Trong môi trường nuôi cấy tế bào sắc tố (không có tế bào sừng), sau khi chiếu tia UV, người ta vẫn ghi nhận được melanocyte tăng tạo melanin thông qua phản ứng tăng tạo POMC và a-MSH (cơ chế tự tiết, không phải cận tiết), nhưng vẫn chưa biết được đó là do tác động trực tiếp của p53 hay là do các gene khác có liên hệ đến p53 (Park et al., 2009).

Khi tế bào sừng bài tiết a-MSH, chất này gắn vào thụ thể của nó là MC1R trên bề mặt tế bào sắc tố, kết quả của phản ứng là sự tăng tạo AMP vòng. AMP vòng lại làm tăng sao mã MITF qua trung gian protein kinase A (MITF; reviewed in Park et al., 2009). MITF đến lượt nó làm tăng sao mã các gene tyrosinase, TRP1, TRP2, và PKC-b genes, làm tăng sản xuất melanin, đặc biệt là eumelanin (loại polyner có màu nâu đen với khả năng chống nắng cao), là chất có thể hấp thu chùm photon làm tổn hại DNA (Park et al., 2009).

RÁM NẮNG BAO HÀM SỰ GIA TĂNG KHẢ NĂNG SỬA CHỮA DNA

Như đã nói ở trên, rám nắng từ lâu được coi là phản ứng tự vệ chính của da chống lại tổn hại cấp và mãn tính do tia UV. Tuy nhiên tình trạng rám nắng cùng với hàm lượng melanin thượng bì tăng lên chỉ tạo ra một sự bảo vệ khiêm tốn trong tác dụng chống nắng. Ví dụ, khi so sánh với thượng bì của làn da sáng, phần thượng bì có màu tối được cấy ghép trên mô da sống bình thường chỉ làm giảm tác hại của tia UV vào khoảng ¼ (Halder and Bridgeman-Shah, 1995). Điều này gợi ý rằng phản ứng rám nắng có thể bao gồm nhiều thay đổi khác bên trong thượng bì, chư không chỉ là sự tăng tạo melanin. Suy đoán này còn được củng cố thêm bởi sự công nhận rằng sự hoạt hóa p53 là bước khởi đầu quan trọng trong phản ứng rám nắng. Thật vậy, người ta có thể chứng minh rằng trong vòng 24 giờ sau chiếu tia UV, có sự gia tăng từ 2-3 lần các loại protein sửa chữa nucleotide bị đứt gãy trên da người/chuột/tế bào da được nuôi cấy (Goukassian et al., 1999), nhiều (nhưng không phải là tất cả) loại protein này đã biết là được điều hòa qua trung gian p53. Cũng vậy, nồng độ superoxide dismutases (SOD 1 và 2; Leccia et al., 2001) cũng gia tăng. Đây là men chịu trách nhiệm làm giảm tác hại của các tác nhân oxy hóa có nguồn gốc từ tia UV. Kết quả là sự sửa chữa DNA được tăng tốc nếu phải tiếp xúc trở lại với tia UV (Arad et al., 2007), và các đột biến cũng như các loại carcinome do ánh sáng được giảm đi (Goukassian et al., 2004; Arad et al., 2008). Các hiệu ứng này xảy ra được là nhờ sự gắn kết của a-MSH vào MC1R (Kadekaro et al., 2005), được tiếp nối theo sau bởi sự hoạt hóa AMP vòng (D’Orazio et al., 2006; Passeron et al., 2009) hơn là qua các protein sửa chữa DNA được kích thích trực tiếp từ p53.

Hiện nay mặc dù các loại MCR1 vẫn được coi là tác nhân chủ yếu gây ra phản ứng rám nắng (Rouzaud et al., 2006; Cui et al., 2007) nhưng các biến thể p53 và các gene phản ứng với sự phá hủy DNA rồi cũng sẽ được xem là các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng sạm da do ánh nắng.

REFERENCES

Arad S, Konnikov N, Goukassian DA et al. (2007) Quantification of inducible SOS-like photoprotective responses in human skin. J Invest Dermatol 127:2629–36

Arad S, Zattra E, Hebert J et al. (2008) Topical thymidine dinucleotide treatment reduces development of ultraviolet-induced basal cell carcinoma in Ptch-1+/- mice. Am J Pathol 172:1248–55

Archambault M, Yaar M, Gilchrest BA (1995) Keratinocytes and fibroblasts in a human skin equivalent model enhance melanocyte survival and melanin synthesis after ultraviolet irradiation. J Invest Dermatol 104:859–67

Bolognia J, Murray M, Pawelek J (1989) UVB induced melanogenesis may be mediated through the MSH-receptor system. J Invest Dermatol 92:651–6

Chakraborty AK, Orlow SJ, Bolognia JL et al. (1991) Structural/functional relationships between internal and external MSH receptors: modulation of expression in Cloudman melanoma cells by UVB radiation. J Cell Physiol 147:1–6

Cui R, Widlund HR, Feige E et al. (2007) Central role of p53 in the suntan response and pathologic hyperpigmentation. Cell 128:853–64

D’Orazio JA, Nobuhisa T, Cui R et al. (2006) Topical drug rescue strategy and skin protection based on the role of Mc1r in UV-induced tanning. Nature 443:340–4

Denchi EL, de Lange T (2007) Protection of telomeres through independent control of ATM and ATR by TRF2 and POT1. Nature 448:1068–71

Eller MS, Asarch A, Gilchrest BA (2008) Photoprotection in human skin - a multifaceted SOS response. Photochem Photobiol 84:339–49

Eller MS, Maeda T, Magnoni C et al. (1997) Enhancement of DNA repair in human skin cells by thymidine dinucleotides: evidence for a p53-mediated mammalian SOS response. Proc Natl Acad Sci USA 94:12627–32

Eller MS, Ostrom K, Gilchrest BA (1996) DNA damage enhances melanogenesis. Proc Natl Acad Sci USA 93:1087–92

Eller MS, Yaar M, Gilchrest BA (1994) DNA damage and melanogenesis. Nature 372:413–4

Freeman SE, Hacham H, Gange RW et al. (1989) Wavelength dependence of pyrimidine dimer formation in DNA of human skin irradiated in situ with ultraviolet light. Proc Natl Acad Sci USA 86:5605–9

Gilchrest BA, Eller MS, Yaar M (2009) Telomeremediated effects on melanogenesis and skin aging. J Investig Dermatol Symp Proc 14:25–31

Gilchrest BA, Zhai S, Eller MS et al. (1993) Treatment of human melanocytes and S91 melanoma cells with the DNA repair enzyme T4 endonuclease V enhances melanogenesis after ultraviolet irradiation. J Invest Dermatol 101:666–72

Goukassian DA, Eller MS, Yaar M et al. (1999) Thymidine dinucleotide mimics the effect of solar simulated irradiation on p53 and p53-regulated proteins. J Invest Dermatol 112:25–31

Goukassian DA, Helms E, Van Steeg H et al (2004). Topical DNA oligonucleotide therapy reduces UV-induced mutations and photocarcinogenesis in hairless mice. Proc Natl Acad Sci USA 101:3933–8

Halder RM, Bridgeman-Shah S (1995) Skin cancer in African Americans. Cancer 75:667–73

Kadekaro AL, Kavanagh R, Kanto H et al. (2005) Alpha-melanocortin and endothelin-1 activate antiapoptotic pathways and reduce DNA damage in human melanocytes. Cancer Res 65:4292–9

Karlseder J, Broccoli D, Dai Y et al. (1999) p53-and ATM-dependent apoptosis induced by telomeres lacking TRF2. Science 283:1321–5

Khlgatian MK, Eller M, Yaar M et al. (1999) Tyrosinase expression is regulated by p53. J Invest Dermatol 112:548

Khlgatian MK, Hadshiew IM, Asawanonda P et al. (2002) Tyrosinase gene expression is regulated by p53. J Invest Dermatol 118:126–32

Kichina J, Green A, Rauth S (1996) Tumor suppressor p53 down-regulates tissue-specific expression of tyrosinase gene in human melanoma cell lines. Pigment Cell Res 9:85–91

Lane DP (1992) Cancer. p53, guardian of the genome. Nature 358:15–6

Leccia MT, Yaar M, Allen N et al. (2001) Solar simulated irradiation modulates gene expression and activity of antioxidant enzymes in cultured human dermal fibroblasts. Exp Dermatol 10: 272–9

Nylander K, Bourdon JC, Bray SE et al. (2000) Transcriptional activation of tyrosinase and TRP-1 by p53 links UV irradiation to the protective tanning response. J Pathol 190: 39–46

Park HY, Kosmadaki M, Yaar M et al. (2009) Cellular mechanisms regulating human melanogenesis. Cell Mol Life Sci 66:1493–506

Park HY, Perez JM, Laursen R et al. (1999) Protein kinase C-beta activates tyrosinase by phosphorylating serine residues in its cytoplasmic domain. J Biol Chem 274:16470–8

Park HY, Wu C, Yonemoto L et al. (2006) MITF mediates cAMP-induced protein kinase C-beta expression in human melanocytes. Biochem J 395:571–8

Parrish JA, Jaenicke KF, Anderson RR (1982) Erythema and melanogenesis action spectra of normal human skin. Photochem Photobiol 36:187–91

Passeron T, Namiki T, Passeron HJ et al. (2009) Forskolin protects keratinocytes from UVB-induced apoptosis and increases DNA repair independent of its effects on melanogenesis. J Invest Dermatol 129:162–6

Puri N, Eller MS, Byers HR et al. (2004) Telomere-based DNA damage responses: A new approach to melanoma. FASEB J 18:1373–81

Rochette PJ, Brash DE (2010) Human telomeres are hypersensitive to UV-induced DNA damage and refractory to repair. PLoS Genet 6:e1000926

Rouzaud F, Costin GE, Yamaguchi Y et al. (2006) Regulation of constitutive and UVR-induced skin pigmentation by melanocortin 1 receptor isoforms. FASEB J 20:1927–9

Wintzen M, Yaar M, Burbach JP et al. (1996) Proopiomelanocortin gene product regulation in keratinocytes. J Invest Dermatol 106:673–8