La mélanine ( ; du grec ancien μέλας (mélas) « noir, foncé ») fait référence à une famille de biomolécules structurées en oligomères ou polymères, qui fonctionnent principalement comme pigments dans divers organismes. Ces pigments mélaniques sont synthétisés dans des cellules spécialisées appelées mélanocytes.
Mélanine ( ; du grec ancien μέλας (mélas) 'noir, dark') est une famille de biomolécules organisées en oligomères ou polymères, qui, entre autres fonctions, fournissent les pigments de nombreux organismes. Les pigments de mélanine sont produits dans un groupe spécialisé de cellules appelées mélanocytes.
Cinq catégories fondamentales de mélanine ont été identifiées : l'eumélanine, la phéomélanine, la neuromélanine, l'allomélanine et la pyomélanine. La synthèse de mélanine se produit via la mélanogenèse, un processus chimique en plusieurs étapes impliquant l'oxydation de l'acide aminé tyrosine, suivie ensuite d'une polymérisation. La phéomélanine, une variante cystéinée, incorpore des fragments polybenzothiazine, qui sont principalement responsables de la transmission de teintes rouges ou jaunes à certains types de peau et de cheveux. La neuromélanine est localisée dans le cerveau ; des recherches ont exploré son utilité thérapeutique potentielle dans le traitement des maladies neurodégénératives, notamment la maladie de Parkinson. L'allomélanine et la pyomélanine représentent deux formes distinctes de mélanine sans azote.
Les variations phénotypiques de couleur de l'épiderme et des cheveux des mammifères sont principalement régies par les concentrations d'eumélanine et de phéomélanine dans les tissus respectifs. Chez les sujets humains typiques, l'eumélanine présente des concentrations plus élevées dans les tissus nécessitant une photoprotection, notamment l'épiderme et l'épithélium pigmentaire rétinien. Chez les individus en bonne santé, les niveaux de mélanine épidermique sont en corrélation avec l’exposition aux UV. À l’inverse, les concentrations de mélanine rétinienne démontrent un déclin en fonction de l’âge, diminuant de 2,5 fois entre la première et la neuvième décennie de la vie, phénomène attribué à la dégradation oxydative facilitée par les espèces réactives de l’oxygène provenant de voies dépendantes de la lipofuscine. Hors cas d'albinisme ou d'hyperpigmentation, l'épiderme humain comprend généralement environ 74 % d'eumélanine et 26 % de phéomélanine, largement indépendants du teint. Plus précisément, la teneur en eumélanine varie de 71,8 % à 78,9 %, tandis que la phéomélanine varie entre 21,1 % et 28,2 %. La concentration totale de mélanine dans l'épiderme s'étend d'environ 0 μg/mg dans les tissus épidermiques albinos à plus de 10 μg/mg dans les tissus pigmentés plus foncés.
Dans la peau humaine, la mélanogenèse est déclenchée par l'exposition aux rayons ultraviolets (UV), conduisant à un assombrissement de la peau. L'eumélanine fonctionne comme un absorbant efficace de la lumière, capable de dissiper plus de 99,9 % du rayonnement UV absorbé. Cette propriété caractéristique suggère que l’eumélanine protège les cellules de la peau contre les dommages causés par les rayons UVA et UVB, atténuant ainsi le risque d’épuisement des folates et de dégradation cutanée. Cependant, l’exposition aux rayons UV est corrélée à un risque élevé de mélanome, une tumeur maligne provenant des mélanocytes (cellules productrices de mélanine). La recherche indique une incidence réduite de cancer de la peau chez les individus possédant des concentrations de mélanine plus élevées, correspondant à des tons de peau plus foncés.
Types de mélanine
Eumélanine
L'eumélanine (lit.'vraie mélanine') existe sous deux formes distinctes, associées au 5,6-dihydroxyindole (DHI) et à l'acide 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylique (DHICA). L'eumélanine dérivée du DHI se présente sous une forme brun foncé ou noire et est insoluble, tandis que l'eumélanine dérivée du DHICA est de couleur plus claire et soluble dans les solutions alcalines. Les deux types d’eumélanine proviennent de l’oxydation de la tyrosine au sein d’organelles spécialisées appelées mélanosomes. Cette réaction enzymatique est catalysée par la tyrosinase. Le produit initial, la dopaquinone, peut ensuite se transformer soit en 5,6-dihydroxyindole (DHI), soit en acide 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylique (DHICA). Le DHI et le DHICA subissent une oxydation et une polymérisation ultérieure pour donner les deux formes d'eumélanine.
Dans des conditions physiologiques, le DHI et le DHICA copolymérisent fréquemment, générant une gamme diversifiée de polymères d'eumélanine. Ces structures polymères contribuent au spectre des composants de mélanine présents dans la peau et les cheveux humains, englobant la phéomélanine jaune clair/rouge, l'eumélanine brun clair enrichie en DHICA et l'eumélanine enrichie en DHI brun foncé ou noir. Les polymères résultants présentent des variations à la fois en termes de solubilité et de couleur.
L'examen de la peau hautement pigmentée (Fitzpatrick types V et VI) révèle que la DHI-eumélanine constitue la fraction prédominante, représentant environ 60 à 70 %, suivie par la DHICA-eumélanine à 25 à 35 %, la phéomélanine représentant un composant mineur de seulement 2 à 8 %. De manière significative, bien qu’un enrichissement en DHI-eumélanine soit observé pendant le bronzage, ce processus est simultanément associé à une réduction des niveaux de DHICA-eumélanine et de phéomélanine. La présence d’une quantité minime d’eumélanine noire, sans autres pigments, entraîne des cheveux gris. De même, une faible quantité d’eumélanine, en l’absence d’autres pigments, conduit à des cheveux blonds. L'eumélanine se trouve dans divers tissus, notamment la peau et les cheveux.
Pheomelanin
Les phéomélanines (du grec φαιός phaios « gris ») sont responsables d'un spectre de teintes jaunâtres à rougeâtres. Ces pigments présentent des concentrations élevées dans les lèvres, les mamelons, le gland du pénis et le vagin. La combinaison d'une quantité modeste d'eumélanine (qui produit généralement des cheveux blonds) avec de la phéomélanine donne des cheveux orange, communément appelés cheveux « roux » ou « roux ». La phéomélanine est également présente dans la peau et les personnes aux cheveux roux présentent souvent un teint plus rosé. Alors que l'exposition à la lumière ultraviolette élève les niveaux de phéomélanine, à l'instar de l'eumélanine, la phéomélanine dans les cheveux et la peau reflète la lumière jaune à rouge au lieu de l'absorber, ce qui pourrait exacerber les dommages causés par les rayons UV.
La production de phéomélanine dépend essentiellement de la disponibilité de la cystéine. Cette cystéine est transportée dans le mélanosome, où elle réagit avec la dopaquinone pour synthétiser la cys-dopa. Par la suite, la cys-dopa subit une série de transformations aboutissant à la formation de phéomélanine. Chimiquement, les phéomélanines divergent des eumélanines en incorporant des unités benzothiazine et benzothiazole dans leur structure oligomère, qui se forment en présence de l'acide aminé L-cystéine, plutôt que de DHI et DHICA.
Les phéomélanines, contrairement aux eumélanines, sont rarement observées dans les organismes inférieurs, ce qui conduit à affirmer leur statut d'« innovation évolutive au sein de la lignée des tétrapodes ». Cependant, des recherches contemporaines ont identifié leur présence chez certaines espèces de poissons.
Neuromélanine
La neuromélanine (NM) est un pigment polymère insoluble synthétisé au sein de populations distinctes de neurones catécholaminergiques du cerveau. Les humains possèdent les quantités les plus élevées de NM, avec des quantités plus faibles détectées chez d'autres primates et une absence totale chez de nombreuses autres espèces. Sa fonction biologique précise reste insaisissable ; cependant, la NM humaine a démontré des capacités de liaison efficaces pour les métaux de transition comme le fer et diverses autres molécules potentiellement toxiques. Par conséquent, on suppose qu'il joue un rôle central dans l'apoptose et la pathogenèse de la maladie de Parkinson.
Autres formes de mélanines
Avant les années 1960, la mélanine était classée exclusivement en eumélanine et phéomélanine. Cependant, en 1955, la neuromélanine, une mélanine associée aux cellules neurales, a été identifiée. Par la suite, en 1972, la pyomélanine, une variante hydrosoluble dérivée de l'oxydation de l'acide homogentisique, a été découverte. En 1976, l’allomélanine, reconnue comme la cinquième forme distincte de mélanine, a été identifiée dans des contextes naturels. Sa formation résulte de l'oxydation de composés dont le 1,8-dihydroxynaphtalène, le 1,4,6,7,9,12-hexahydroxypérylène-3,10-quinone et le catéchol.
Peptidomélanine
La peptidomélanine est une variante hydrosoluble distincte de la mélanine. Il a été observé qu'il était sécrété dans le milieu ambiant par les spores en germination d'Aspergillus niger (souche : melanoliber). La peptidomélanine constitue un copolymère formé entre l'eumélanine L-DOPA et des peptides courts, qui créent une structure « couronne » conférant une solubilité à la substance. Ces chaînes peptidiques sont liées de manière covalente au polymère central L-DOPA par des liaisons peptidiques. Cette observation a éclairé une proposition de voie de biosynthèse impliquant l'hydroxylation de peptides tyrosinylés ou cystéinylés, générés par des protéases au cours de la sporogénèse, qui sont ensuite incorporés de manière auto-oxydante dans un polymère central de L-DOPA en expansion.
La peptidomélanine est synthétisée par l'action d'une cuivre oxydase à large spectre. Cette enzyme comporte un centre catalytique au di-cuivre de type 3 situé dans une cavité importante accessible aux solvants. La recherche indique que cette enzyme oxyde les groupes thiol des peptides cystéinylés, facilitant ainsi leur copolymérisation avec un polymère central dérivé de la L-DOPA.
Sélénomélanine
La mélanine peut être enrichie en sélénium comme alternative au soufre. Cet analogue du sélénium de la phéomélanine a été synthétisé avec succès par des voies chimiques et biosynthétiques, en utilisant la sélénocystine comme précurseur. Compte tenu du numéro atomique élevé du sélénium, la sélénomélanine résultante devrait offrir une protection supérieure contre les rayonnements ionisants par rapport aux autres formes de mélanine établies. Des études expérimentales impliquant des cellules et des bactéries humaines ont validé cette capacité protectrice, suggérant des applications potentielles dans l'exploration spatiale.
Trichochromes
Les trichochromes (anciennement connus sous le nom de trichosidérines) sont des pigments synthétisés via la même voie métabolique que les eumélanines et les phéomélanines ; cependant, ils possèdent un faible poids moléculaire, ce qui les distingue de ces derniers. Ces composés se trouvent dans certains types de cheveux humains roux.
Humains
Chez l'homme, la mélanine est le principal déterminant de la couleur de la peau. De plus, il est présent dans les cheveux, le tissu pigmenté sous l’iris oculaire et la strie vasculaire de l’oreille interne. Dans le cerveau, les tissus contenant de la mélanine englobent la moelle et les neurones pigmentés situés dans les régions du tronc cérébral, y compris le locus coeruleus. De plus, sa présence est notée dans la zone réticulaire de la glande surrénale.
La mélanine cutanée est synthétisée par les mélanocytes, situés dans la couche basale de l'épiderme. Alors que les humains présentent généralement des concentrations de mélanocytes comparables dans leur peau, les mélanocytes d’individus et de populations ethniques spécifiques génèrent des quantités différentes de mélanine. Le rapport épidermique eumélanine (74 %)/phéomélanine (26 %) reste constant, quel que soit le niveau de pigmentation. Une condition appelée albinisme est caractérisée par une synthèse de mélanine minime ou absente chez certains individus.
Étant donné que la mélanine constitue un agrégat de molécules constitutives plus petites, il existe de nombreux types de mélanine, qui se distinguent par des proportions et des arrangements de liaison variables de ces composants moléculaires. La phéomélanine et l’eumélanine sont toutes deux présentes dans le tégument et les cheveux humains ; cependant, l'eumélanine représente la mélanine prédominante chez l'homme et est la forme la plus fréquemment déficiente en cas d'albinisme.
Mélanine dans les organismes
Les mélanines présentent des rôles et des fonctions très divers dans un large éventail d'organismes. Par exemple, une variante de mélanine constitue l’encre utilisée par de nombreux céphalopodes comme mécanisme de défense contre la prédation. De plus, les mélanines protègent les micro-organismes, notamment les bactéries et les champignons, des dommages cellulaires induits par des facteurs de stress tels que les rayons UV solaires et les espèces réactives de l’oxygène. La mélanine confère en outre une protection contre les dommages causés par les températures élevées, les facteurs de stress chimiques (par exemple, les métaux lourds et les agents oxydants) et les défis biochimiques (par exemple, les réponses immunitaires de l'hôte aux microbes envahisseurs). Par conséquent, chez de nombreux microbes pathogènes (par exemple, le champignon Cryptococcus neoformans), les mélanines semblent contribuer de manière significative à la virulence et à la pathogénicité en protégeant le micro-organisme des réponses immunitaires de l'hôte. Chez les invertébrés, la mélanine constitue un élément crucial du système de défense immunitaire inné contre les agents pathogènes envahisseurs. Quelques minutes après l'infection, le microbe subit une encapsulation dans la mélanine (mélanisation), et on pense que la génération concomitante de sous-produits de radicaux libres lors de la formation de la capsule facilite l'éradication microbienne. Certaines espèces fongiques, connues sous le nom de champignons radiotrophes, utilisent apparemment la mélanine comme pigment photosynthétique, leur permettant de capter les rayons gamma et de convertir cette énergie pour la croissance.
Chez les espèces de piscine, la mélanine est présente non seulement dans le tégument mais également dans les organes internes, y compris les yeux. Alors que la majorité des espèces de poissons utilisent l'eumélanine, Stegastes apicalis et Cyprinus carpio utilisent la phéomélanine.
La pigmentation plus foncée des plumes des oiseaux est attribuable à la mélanine, ce qui les rend moins sensibles à la dégradation bactérienne par rapport aux plumes non pigmentées ou à celles contenant des pigments caroténoïdes. Les plumes contenant de la mélanine démontrent également une résistance à l’abrasion 39 % supérieure à celles qui en sont dépourvues, car les granules de mélanine contribuent à combler les espaces interstitiels entre les brins de kératine composant les plumes. La synthèse de la phéomélanine aviaire nécessite l'apport de cystéine, un acide aminé semi-essentiel crucial pour la synthèse des antioxydants du glutathion (GSH), mais potentiellement toxique s'il est consommé en quantités alimentaires excessives. Par conséquent, de nombreuses espèces aviaires carnivores, caractérisées par un apport alimentaire élevé en protéines, présentent une coloration dérivée de la phéomélanine.
La mélanine joue également un rôle important dans la pigmentation des mammifères. Les modèles de pelage des mammifères sont dictés par le gène agouti, qui régit la distribution de la mélanine. Les mécanismes sous-jacents du gène ont été étudiés de manière approfondie chez la souris, offrant ainsi un aperçu du large spectre des modèles de pelage des mammifères.
Chez les arthropodes, un dépôt de mélanine dans des structures en couches a été observé, formant un réflecteur de Bragg caractérisé par un indice de réfraction alterné. Lorsque la périodicité de ce motif correspond à la longueur d'onde de la lumière visible, une coloration structurelle apparaît, conférant une teinte irisée à diverses espèces.
Les arachnides représentent l'un des rares groupes taxonomiques où la mélanine n'a pas été facilement identifiée, bien que les données de recherche indiquent que les araignées synthétisent en fait la mélanine.
Certaines espèces de papillons de nuit, comme la teigne du tigre des bois, utilisent la synthèse de mélanine à partir des ressources disponibles pour améliorer leurs capacités de thermorégulation. Dans la vaste répartition latitudinale de la teigne du tigre des bois, une corrélation a été observée là où les populations situées plus au nord présentent des niveaux de mélanisation élevés. Parmi les phénotypes mâles jaunes et blancs de cette espèce, les individus possédant une plus grande teneur en mélanine ont démontré une capacité accrue de rétention de chaleur ; cependant, cet avantage a été contrebalancé par un risque de prédation élevé, attribué à une signalisation aposématique diminuée et moins puissante.
La mélanine confère potentiellement une protection aux mouches drosophile et aux modèles murins contre les dommages à l'ADN induits par les rayonnements non ultraviolets.
Plantes
Les mélanines synthétisées par les plantes sont parfois désignées sous le nom de « mélanines catécholes » en raison de leur capacité à produire du catéchol lors de la fusion alcaline. Ce type de mélanine est fréquemment observé lors du processus de brunissement enzymatique des fruits, comme par exemple les bananes. La mélanine extraite des coquilles de châtaignes démontre son utilité à la fois comme antioxydant et comme colorant naturel. Sa biosynthèse implique l'oxydation de l'indole-5,6-quinone, catalysée par la polyphénol oxydase de type tyrosinase, provenant de la tyrosine et des catécholamines, qui aboutit à la formation de catéchol mélanine. Malgré cela, de nombreuses espèces végétales possèdent des composés qui suppriment activement la production de mélanine.
Interprétation en tant que monomère unique
La compréhension contemporaine reconnaît que les mélanines n'ont pas de structure singulière et définie ni de composition stœchiométrique. Malgré cela, diverses bases de données chimiques, dont PubChem, répertorient des formules structurelles et empiriques spécifiques ; un exemple courant est le 3,8-Diméthyl-2,7-dihydrobenzo[1,2,3-cd:4,5,6-c′d′]diindole-4,5,9,10-tétrone, avec la formule empirique C18H§1112§N§1314§O§1516§. Cette représentation peut être conceptualisée comme un monomère hypothétique qui correspond à la composition élémentaire mesurée et à certaines caractéristiques de la mélanine, bien que son apparition naturelle soit improbable. Solano postule que cette convention potentiellement trompeuse trouve son origine dans un rapport de 1948 détaillant une formule empirique, mais n'offre aucun autre contexte historique.
Voies biosynthétiques
L'étape initiale des voies de biosynthèse des eumélanines et des phéomélanines est médiée par l'enzyme tyrosinase.
- Tyrosine → DOPA → dopaquinone
La dopaquinone est capable de réagir avec la cystéine via deux voies distinctes, conduisant à la formation de benzothiazines puis de phéomélanines.
- dopaquinone + cystéine → 5-S-cystéinyldopa → intermédiaire benzothiazine → phéomélanine
- dopaquinone + cystéine → 2-S-cystéinyldopa → intermédiaire benzothiazine → phéomélanine
De plus, la dopaquinone peut subir une conversion en leucodopachrome, passant ensuite par deux voies supplémentaires pour produire des eumélanines.
- dopaquinone → leucodopachrome → dopachrome → acide 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylique → quinone → eumélanine
- dopaquinone → leucodopachrome → dopachrome → 5,6-dihydroxyindole → quinone → eumélanine
Des voies métaboliques complètes sont accessibles dans la base de données KEGG.
Aspect microscopique
La mélanine se présente au microscope sous la forme d'une substance brune, non réfringente et finement granuleuse, avec des granules individuels mesurant généralement moins de 800 nanomètres de diamètre. Cette morphologie caractéristique distingue la mélanine des pigments de dégradation du sang courants, qui sont généralement plus gros, plus irréguliers, réfringents et présentent un spectre de couleurs allant du vert au jaune ou au brun rougeâtre. Au sein des lésions caractérisées par une pigmentation importante, des agrégats concentrés de mélanine peuvent nuire à la clarté de l'examen histologique. Une solution diluée de permanganate de potassium sert d'agent de blanchiment efficace pour la mélanine.
Troubles génétiques et états pathologiques
L'albinisme oculocutané (OCA) englobe environ neuf types distincts, se manifestant principalement par un trouble autosomique récessif. La prévalence de formes spécifiques d’OCA varie considérablement selon les différentes populations ethniques. Par exemple, l’albinisme oculo-cutané de type 2 (OCA2), la forme la plus répandue, présente une fréquence nettement plus élevée chez les individus d’origine africaine noire et d’ascendance européenne blanche. Les personnes atteintes d'OCA2 présentent généralement une peau claire, bien que généralement moins pâle que celles affectées par OCA1. Ces individus présentent souvent des couleurs de cheveux allant du blond pâle au doré, en passant par le blond fraise ou même le brun, le plus souvent accompagnés d'yeux bleus. Une majorité substantielle, 98,7 à 100 %, des Européens modernes sont porteurs de l'allèle dérivé SLC24A5, qui est un déterminant génétique reconnu de l'albinisme oculocutané non syndromique. Cette affection est une maladie autosomique récessive, caractérisée par une réduction congénitale ou une absence totale de pigment mélanique dans la peau, les cheveux et les yeux. La fréquence estimée de l'OCA2 chez les Afro-Américains est de 1 sur 10 000, un chiffre qui contraste fortement avec sa fréquence de 1 sur 36 000 chez les Américains d'origine européenne. Dans certains pays africains, la fréquence de cette maladie est encore plus élevée, allant de 1 sur 2 000 à 1 sur 5 000. Une autre variante de l'albinisme, appelée « albinisme oculo-cutané jaune », démontre une prévalence plus élevée au sein de la communauté Amish, dont l'ascendance est majoritairement suisse et allemande. Les individus affectés par cette variante de l'IB présentent généralement des cheveux et une peau blancs à la naissance, mais développent ensuite une pigmentation cutanée normale pendant la petite enfance.
L'albinisme oculaire affecte non seulement la pigmentation oculaire, mais altère également de manière significative l'acuité visuelle. Les personnes atteintes d'albinisme présentent généralement de mauvaises performances visuelles, les mesures d'acuité se situant généralement entre 20/60 et 20/400. En outre, deux formes spécifiques d'albinisme, particulièrement répandues chez les individus d'origine portoricaine avec une incidence approximative de 1 sur 2 700, sont liées à des taux de mortalité supérieurs à ceux attribués aux décès liés au mélanome.
L'association entre l'albinisme et la surdité est largement reconnue, bien qu'elle soit incomplètement élucidée. Dans son traité fondateur de 1859, Sur l'origine des espèces, Charles Darwin a noté l'observation selon laquelle « les chats entièrement blancs et aux yeux bleus sont généralement sourds ». Chez l'homme, la cooccurrence d'hypopigmentation et de surdité est caractéristique du rare syndrome de Waardenburg, observé principalement au sein de la population Hopi d'Amérique du Nord. L'incidence de l'albinisme chez les individus Hopi a été estimée à environ 1 sur 200. Des schémas analogues d'albinisme et de surdité ont été documentés chez d'autres espèces de mammifères, notamment les canidés et les rongeurs. Néanmoins, l'absence de mélanine en soi ne semble pas être le facteur étiologique direct de la surdité associée à l'hypopigmentation, étant donné que la plupart des individus déficients en enzymes nécessaires à la synthèse de la mélanine présentent une fonction auditive normale. Au lieu de cela, la déficience cochléaire résulte de l'absence de mélanocytes dans la strie vasculaire de l'oreille interne, bien que les mécanismes précis sous-jacents à ce phénomène restent incomplètement compris.
Dans la maladie de Parkinson, un trouble neurodégénératif affectant le fonctionnement neuromoteur, une réduction des niveaux de neuromélanine est observée dans la substance noire et le locus coeruleus, résultant de la dégénérescence sélective des neurones pigmentés dopaminergiques et noradrénergiques. Par conséquent, cela conduit à une diminution de la synthèse de dopamine et de noradrénaline. Bien qu'aucune corrélation directe entre la race et les niveaux de neuromélanine dans la substance noire n'ait été établie, l'incidence nettement plus faible de la maladie de Parkinson chez les individus noirs par rapport aux individus blancs a « incité certains à suggérer que la mélanine cutanée pourrait d'une manière ou d'une autre servir à protéger la neuromélanine de la substance noire des toxines externes ».
Au-delà d'une carence en mélanine, le poids moléculaire du polymère de mélanine peut être réduit par plusieurs facteurs, notamment le stress oxydatif, l'exposition à la lumière, des altérations de son association avec les protéines de la matrice mélanosomale, des modifications du pH ou des modifications des concentrations locales d'ions métalliques. On a émis l'hypothèse qu'une réduction du poids moléculaire ou du degré de polymérisation de la mélanine oculaire transformerait ce polymère normalement antioxydant en un pro-oxydant. Dans sa conformation pro-oxydante, la mélanine a été impliquée dans l'étiologie et la progression de la dégénérescence maculaire et du mélanome. La rasagiline, un agent monothérapie important pour la maladie de Parkinson, présente à la fois des propriétés de liaison à la mélanine et la capacité de réduire les tumeurs du mélanome.
Des niveaux d'eumélanine plus élevés peuvent également présenter des inconvénients, au-delà d'une susceptibilité accrue à une carence en vitamine D. De plus, les tons chair plus foncés présentent un facteur de complication dans l’élimination au laser des taches de vin de Porto. Bien qu'ils soient généralement efficaces pour les personnes à la peau plus claire, les traitements au laser présentent une efficacité réduite pour éradiquer les taches de vin de Porto chez les patients d'origine asiatique ou africaine. Des concentrations élevées de mélanine chez les individus au teint plus foncé ont tendance à diffuser et à absorber le rayonnement laser, empêchant ainsi l'absorption de la lumière par le tissu cible prévu. Ce phénomène complique également les interventions au laser pour diverses autres affections dermatologiques chez les personnes possédant une peau plus foncée.
Les taches de rousseur et les grains de beauté résultent de concentrations localisées de mélanine dans la peau. Ces formations sont fortement corrélées aux types de peau plus claires.
La nicotine présente une affinité pour les tissus contenant de la mélanine, attribuée soit à son rôle de précurseur dans la synthèse de la mélanine, soit à sa liaison irréversible à la mélanine. On suppose que cette caractéristique contribue à la dépendance élevée à la nicotine et à la diminution des taux d'abandon du tabac observés chez les personnes ayant une pigmentation plus foncée.
Adaptations humaines
Physiologie
Les mélanocytes introduisent des granules de mélanine dans des vésicules cellulaires spécialisées appelées mélanosomes. Par la suite, ces mélanosomes sont transférés dans les cellules kératinocytes de l’épiderme humain. Au sein de chaque cellule réceptrice, les mélanosomes se regroupent au-dessus du noyau cellulaire, protégeant ainsi l'ADN nucléaire des mutations induites par le rayonnement ultraviolet ionisant émis par le soleil. Les populations ayant des origines ancestrales dans les régions équatoriales présentent généralement des concentrations plus élevées d'eumélanine dans leur peau. Cette pigmentation confère une teinte brune ou noire et offre une protection contre une exposition solaire intense, qui conduit plus souvent à des mélanomes chez les personnes à la peau plus claire.
Cependant, tous les effets de la pigmentation ne sont pas intrinsèquement avantageux. Dans les climats chauds, la pigmentation augmente la charge thermique, les individus possédant une peau foncée absorbant environ 30 % de chaleur solaire en plus par rapport à ceux ayant une peau très claire ; cependant, cet effet peut être atténué par une transpiration accrue. À l’inverse, dans des environnements plus froids, la peau foncée entraîne une plus grande perte de chaleur par rayonnement. De plus, la pigmentation entrave la synthèse de la vitamine D. Étant donné que la pigmentation ne semble pas être exclusivement bénéfique pour la survie dans les régions tropicales, des hypothèses alternatives concernant sa signification biologique ont été proposées, comme son potentiel en tant que phénomène secondaire résultant de l'adaptation aux parasites et aux maladies tropicales.
Origines évolutionnaires
Les premières populations humaines ont développé une pigmentation foncée de la peau en réponse à la perte de poils, ce qui a ensuite amplifié l'impact du rayonnement ultraviolet (UV). Avant l’évolution de la glabre, les humains ancestraux possédaient probablement une peau plus claire sous leur fourrure, semblable à celle observée chez d’autres espèces de primates. Les humains anatomiquement modernes sont originaires d'Afrique il y a environ 200 000 à 100 000 ans, puis se sont dispersés à travers le monde au cours de migrations survenues il y a entre 80 000 et 50 000 ans, avec des preuves de croisements avec des espèces humaines archaïques (par exemple, les Néandertaliens, les Dénisoviens et potentiellement d'autres) dans certaines régions. Les premiers humains modernes présentaient une peau plus foncée, comparable à celle des populations africaines autochtones contemporaines. Suite aux migrations vers l’Asie et l’Europe, la pression sélective favorisant les peaux plus foncées et protectrices contre les UV a diminué. Cette réduction de la pression sélective a conduit au spectre diversifié de coloration de la peau humaine observé aujourd’hui. Parmi les deux variantes génétiques prévalentes liées à une peau humaine plus claire, Mc1r ne présente aucune preuve de sélection positive, alors que SLC24A5 a manifestement subi une sélection positive.
Effets
Semblables aux populations qui ont migré vers le nord, les individus à la peau plus claire qui se déplacent vers l'équateur subissent une acclimatation au rayonnement solaire beaucoup plus intense. La sélection naturelle favorise une production réduite de mélanine dans des environnements caractérisés par un faible rayonnement ultraviolet. La peau de la plupart des individus s'assombrit lors de l'exposition aux rayons UV, offrant ainsi une protection renforcée lorsque cela est nécessaire. Ce processus représente la fonction physiologique du bronzage. Les personnes à la peau plus foncée, qui synthétisent de plus grandes quantités d’eumélanine protectrice de la peau, possèdent une défense supérieure contre les coups de soleil et l’apparition du mélanome, une forme potentiellement mortelle de cancer de la peau. Ils présentent également une résilience accrue à d'autres problèmes de santé associés à une exposition intense au rayonnement solaire, notamment la photodégradation de vitamines essentielles telles que les riboflavines, les caroténoïdes, le tocophérol et le folate.
La mélanine présente dans l'iris et la choroïde de l'œil offre une protection contre les ultraviolets et la lumière visible à haute fréquence. Les personnes aux yeux bleus, verts ou gris présentent une susceptibilité accrue aux problèmes oculaires associés à l'exposition au soleil. Parallèlement, le cristallin subit un jaunissement lié à l’âge, ce qui confère des avantages protecteurs supplémentaires. Néanmoins, ce raidissement du cristallin lié à l'âge entraîne également une réduction significative de sa capacité d'accommodation (la capacité de modifier sa forme pour se concentrer sur des objets à des distances variables), un déclin probablement imputable à la réticulation des protéines induite par le rayonnement UV.
Des recherches contemporaines indiquent que la mélanine pourrait posséder des fonctions protectrices au-delà de son rôle établi dans la photoprotection. La mélanine démontre une capacité efficace à chélater les ions métalliques via ses groupes carboxylate et hydroxyle phénolique, dépassant fréquemment l'efficacité de puissants agents chélateurs tels que l'éthylènediaminetétraacétate (EDTA). Par conséquent, la mélanine pourrait fonctionner pour séquestrer les ions métalliques potentiellement toxiques, préservant ainsi l’intégrité cellulaire. Cette proposition est étayée par des observations dans la maladie de Parkinson, où la déplétion en neuromélanine est en corrélation avec des concentrations élevées de fer dans le cerveau.
Propriétés physiques et applications technologiques
Des données empiriques soutiennent la présence d'un hétéropolymère hautement réticulé lié de manière covalente aux mélanoprotéines de l'échafaudage matriciel. Une hypothèse postule que la capacité antioxydante de la mélanine est directement corrélée à son degré de polymérisation ou à son poids moléculaire. Des conditions inadéquates pour la polymérisation efficace des monomères de mélanine peuvent entraîner la formation de mélanine pro-oxydante de poids moléculaire inférieur, qui a été impliquée dans l'étiologie et l'avancement de la dégénérescence maculaire et du mélanome. En outre, les voies de signalisation qui améliorent la mélanisation au sein de l'épithélium pigmentaire rétinien (RPE) peuvent également contribuer à la réduction de la phagocytose du segment externe des bâtonnets par le RPE. Cette observation a été partiellement liée au phénomène d'épargne fovéale dans la dégénérescence maculaire.
Rôle dans les métastases du mélanome
Les cellules de mélanome fortement pigmentées présentent un module d'Young d'environ 4,93 kPa, nettement supérieur aux 0,98 kPa observés dans les cellules non pigmentées. L'élasticité des cellules de mélanome est un facteur critique influençant les métastases et la croissance tumorale ; les tumeurs non pigmentées se sont révélées plus grosses et se disséminaient plus facilement que leurs homologues pigmentées. Étant donné que des cellules pigmentées et non pigmentées coexistent dans les tumeurs du mélanome, cette hétérogénéité permet la présence simultanée de phénotypes résistants aux médicaments et métastatiques.
Références
Références
"Spectre d'absorption de la mélanine." Département d'informatique et de technologie.
- "Spectre d'absorption de la mélanine". Département d'informatique et de technologie."Métabolisme de la tyrosine – Voie de référence." Encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto. Consulté le 13 juin 2024."Mélanogenèse." Encyclopédie de Kyoto des gènes et des génomes. Récupéré le 13 juin 2024.Source : Archives de l'Académie TORIma