Melanine, het zonnescherm in je vel

door Weet Magazine | 19 juli 2016 | 06. Biologie, Medische wetenschappen, Onderwijs

De zomer komt eraan! Als het augustus is, hebben de meesten van ons al wel een bruin kleurtje. Maar naast de wens om lekker buiten te zijn, hebben velen ook vaak een sterke drang om juist uit de zon weg te blijven. Dat blijkt onder andere uit de verkoop van parasols. Maar weten we eigenlijk wel dat onze huid ook een ingebouwd zonnescherm heeft?

De huid beschikt over een ingewikkelde biologische ‘machine’ om beschadiging door de zon te voorkomen. Ons bruine kleurtje is het resultaat van de werking van die speciale biologische machine. Deze functioneert als een eigen, in de huid ingebouwd zonnescherm om de extra gevoelige delen van onze huidcellen uit de zon te houden. Als deze machine er niet zou zijn, zou de mens alleen al door de stralingsenergie van de zon een hogere sterftekans hebben.

Op leven en dood

ZO WERKT HET

Het ‘melanine-zonnescherm’ houdt de UV-stralen tegen door precies genoeg melanine naar de bovenste huidcellen te transporteren. Dat gaat als volgt. De pigmentcel (melanocyt) is een type huidcel dat melanosomen produceert en afgeeft aan de bovenste huidcellen (keratinocyten). Elk pigmentcel geeft pigment af aan tientallen huidcellen, waarmee met behulp van uitlopers (dendrieten) contact wordt gemaakt.

De voor zonlicht kwetsbare toplaag van de huid (het deel dat stevig is, dat kan vereelten en uiteindelijk afschilfert) is gemaakt van het eiwit keratine. Keratine wordt aangemaakt door de bovenste huidcellen (keratinocyten). Zonlicht, met name het ultraviolette deel van het licht, is van nature kankerverwekkend. Het kan tot in de bovenste huidcellen doordringen en daar het DNA beschadigen. En dat kan ertoe leiden dat bepaalde huidcellen zich gaan gedragen als kankercellen, zoals het geval is bij een melanoom (een kwaadaardige huidkanker die uitgaat van de pigmentcellen). Het effect van DNA-schade door zonnestraling moet niet worden onderschat. Het overleven van de mens is erg afhankelijk van een mechanisme om zonlicht te reguleren en beschadigd DNA te repareren. Het menselijk lichaam maakt daarvoor een complexe stof aan, melanine, die het beschadigende effect van ultraviolet licht tenietdoet door straling om te zetten naar warmte. Ook op andere manieren helpt melanine om huidkankers te voorkomen. Maar deze bescherming is niet onbeperkt.

Rood, bruin, zwart

HUIDKANKER VROEG HERKEND

Vlekjes die op huidkanker kunnen wijzen, worden doorgaans herkend door hoe ze eruitzien. De kleur, grootte, structuur en of ze in of op de huid liggen, geven aan of er mogelijk iets ernstigs aan de hand is. Israëlische onderzoekers hebben echter een nieuw apparaat ontwikkeld waarmee de aanwezigheid van tumoren, zoals melanomen, kan worden vastgesteld voordat ze met het blote oog zichtbaar zijn. Deze Optical Spectro-Polarimetric Imaging (OSPI)-biosensor, ontwikkeld door onderzoekers van Ben Gurion University (Negev), maakt gebruik van infrarood licht en zogenaamde LC-sensoren.

Gekleurde pigmenten in huisverf beschermen het houtwerk tegen zonschade. Melanine is een kleurpigment dat op vergelijkbare wijze bij de mens werkt. Het is één van de stoffen die de huid zijn kleur geeft. Hierdoor zijn er mensen in verschillende kleurschakeringen: rood, bruin of zwart. Melanine wordt aangemaakt door pigmentcellen (melanocyten). Iedereen heeft – ongeacht de huidskleur – in zijn totaliteit ongeveer hetzelfde aantal pigmentcellen. Afhankelijk van de specifieke behoefte zijn die cellen op bepaalde plaatsen in meer of mindere mate aanwezig. Zo zijn er op de rug van je hand, die veel aan de zon wordt blootgesteld, meer dan 155.000 per vierkante centimeter; maar in de handpalm zijn er minder dan de helft daarvan. Afhankelijk van veranderende omgevingsinvloeden bepalen de erfelijke genetische factoren én genregulatie welke typen en hoeveelheden melanine door de pigmentcellen worden aangemaakt. En dat uit zich in iemands huidskleur en stelt de huid in staat om te reageren op schadelijk ultraviolet licht.

Parasol

TEKORT AAN MELANINE

Mensen kunnen geboren worden zonder melanine in huid of haar. Dat verschijnsel heet albinisme en openbaart zich in een witte huid en rode ogen. Albino’s kunnen slecht zien en kampen doorgaans met tal van andere oogproblemen. Albinisme komt ook voor bij dieren. Een bekend voorbeeld was Sneeuwvlokje, een gorilla die zeven jaar geleden in de dierentuin van Barcelona overleed. Één van de kenmerken van albinisme is dat de huid erg gevoelig is voor de zon en dus snel verbrandt. In 2001 werd bij Sneeuwvlokje een vorm van huidkanker geconstateerd, die mogelijk verband hield met zijn albinisme.

Het pigment melanine is niet zomaar willekeurig verdeeld over de bovenste huidcellen, de keratinocyten. Het zit in kleine pakketten die melanosomen heten (letterlijk: donkere lichamen). Omdat vooral het DNA van de huidcelkern bescherming nodig heeft, liggen de melanosomen vooral als een dicht op elkaar gepakt schild of beschermende ‘parasol’ aan de zonnige kant van de celkern. Tijdens een voortdurende blootstelling aan de zon worden er zelfs extra melanosomen aangemaakt en opgeslagen aan de zonkant van de huidcelkern; soms zelfs verscheidene lagen dik. Één persoon kan op die manier honderden miljoenen melanosomen per vierkante centimeter opstapelen, die allemaal de huidcelkernen beschermen. Daardoor gaat de huid er in z’n geheel steeds donkerder uitzien. Dat geeft ons dat ‘bruine kleurtje’. Maar… hoe beschermt melanine de huidcelkern? dat gaat in twee stappen:

De eerste stap verloopt via het ultraviolette licht. Dat UV-licht zorgt ervoor dat melanine een chemische reactie ondergaat, waardoor het donkerder wordt. Dat stelt het in staat om nóg meer UV-licht op te nemen. (Chemische ingenieurs zijn overigens druk bezig om verfpigmenten te ontwikkelen die ook automatisch van tint kunnen veranderen.)

De tweede stap is het stimuleren van de pigmentcellen om meer melanine aan te maken. Het komt erop neer dat aan de ene kant één pigmentcel een groot aantal huidcellen voorziet van het DNA-beschermende melanine, en dat aan de andere kant de huidcellen de pigment cellen weer beschermen door ze mooi af te dekken.

Andere functies

DE 'PARASOL' HEEFT GRENZEN

In Nederland wordt jaarlijks bij 3.500 mensen een melanoom (een groep pigmentcellen die veranderd zijn in kwaadaardige kankercellen) vastgesteld, meldt KWF Kankerbestrijding. Daarnaast kunnen er nog vele andere te genezen huidkankerachtige aandoeningen optreden, in de meeste gevallen bij personen met een lichtere huid, vastgesteld. Melanine voorziet zeker in een mate van natuurlijke bescherming, maar niemand is immuun voor huidkanker, wat je huidskleur ook is. Als mensen hun huid te veel blootstellen aan zonlicht, of als ze een defect hebben in de pigmentaanmaak, dan kan de ultraviolette energie van de zon uiteindelijk de beschermende en herstellingsmechanismen zover overbelasten dat de gevolgen dodelijk kunnen zijn.

Melanine heeft ook functies in het lichaam die niets te maken hebben met het beschermen tegen ultraviolet licht. Alle aanmaakroutes van melanine (er zijn er tenminste zes) vereisen een strikte regulering door eiwitenzymen. Als er bij de aanmaak van melanine maar één enzym ontbreekt, wordt er geen melanine geproduceerd. Bij de aanmaak van melanine wordt telkens een ‘boodschapper’ (camp genaamd) aan het werk gezet die de genen in de kern van pigmentcellen voor dit doeleinde kan activeren. UV-licht is daarbij een stimulus om het proces in gang te zetten.

Zelfreparerend

Een andere stimulerende factor is nogal opmerkelijk. Bij normale blootstelling aan de zon treedt altijd beschadiging van het huidcel-dna op, maar er vindt óók herstel plaats. De mate waarin dit gebeurt (een bijzonder ingewikkeld proces, zie kader pagina 23) voltrekt zich binnen strikte grenzen. De pigmentcellen stellen als het ware vast hoeveel reparaties er moeten gebeuren. Als dat aantal stijgt (wat erop wijst dat er toegenomen schade is door de zon), dan wordt de melanineproductie verhoogd om zo het DNA te beschermen tegen verdere beschadiging. In managersjargon wordt dit ‘het aanpakken van de kernoorzaak van het probleem’ genoemd (in tegenstelling tot het bestrijden van de gevolgen).

Hoe bestaat het!?

De werking van melanine in het menselijk lichaam laat zien dat leven zich niet in complexiteit heeft kunnen ontwikkelen zónder het bestaan van een Schepper. Zoals hierboven beschreven moet voor een goede werking van de huid de ‘ruwe’ zonne-energie eerst gereguleerd worden door vooraf bestaande samengestelde biologische systemen. Als die er niet van tevoren zouden zijn, wordt het leven onmiddellijk weer vernietigd. Een complex proces zorgt voor het aanmaken van de beschermende stof melanine. Om de huid goed te laten werken, worden honderden, door enzymatische reacties bestuurde gebeurtenissen gecontroleerd. En die verlopen niet zomaar in een vaste volgorde. Als in een netwerk beïnvloeden ze elkaar, in lagen van terugkoppelingen en controle, allemaal gericht op dat ene doel: het beschermen van de huidcelkern.

KUNSTIG TRANSPORT

Het transport van melanosomen (vanuit pigmentcellen naar huidcellen) is uniek in de biologie van de mens. Het vereist namelijk dat een compleet celdeel, dat ontwikkeld is door een bepaald celtype, wordt overgeplaatst naar een heel ander celtype. Hoe verloopt dat?

• De pigmentcel vormt lange uitlopers (dendrieten), een soort armen die zich uitstrekken tussen de huidcellen.
• Binnen die armen groeien microtubuli, super dunne buisjes waarvan er drieduizend (!) zouden passen in de diameter van een mensenhaar.
• Deze microtubuli werken als treinsporen om melanosomen over te vervoeren. Kleine eiwitmotoren, die voor de microtubuli gemaakt zijn, trekken de melanosomen voort.
• Onder leiding van tenminste twee extra genen en gecontroleerd door vier ‘vrachtvervoer’-eiwitten, wordt de melanosoom in een overstapblaasje gezet aan het uiteinde van de arm. Dat blaasje past weer in een speciale instulping in de huidcel. Vervolgens kan de melanosoom in de huidcel worden geïnjecteerd.
• Vervolgens zullen de huidcellen de melanosomen naar de zonkant van hun kernen vervoeren.

Interessant is dat het aantal melanosomen, zowel in de producerende melanocyten als de ontvangende huidcellen, van invloed is op de stofwisseling en activiteit van deze cellen. Veranderingen worden door het centraal zenuwstelsel geregistreerd. Zo wordt de schadelijke aanval van veel UV-licht door de huidcellen geheel zelfstandig afgehandeld, zonder dat het centraal zenuwstelsel daarbij betrokken is. De aanval wordt echter wel via een omweg door dat centraal zenuwstelsel opgemerkt. Een in elkaar grijpende machinerie dus in je huid.

Dit artikel is met toestemming overgenomen uit Weet Magazine. De volledige bronvermelding luidt: Guliuzza, R.J., 2010, Melanine, het zonnescherm in je vel, Weet 2: 21-24.