Melanintransfer – Melanozyt/Keratinozyt

Mit Melanintransfer wird der Transport der Melanin-halitgen Melanosomen von Melanozyten auf Keratinozyten  beschrieben. Melanosomen werden als LROs (Lipid Raft Organelles) betrachtet, da sie Proteine mit Lysosomen teilen, in frühen Stadien sauer sind und von Melanozyten abgesondert werden. Die Melaninsynthese und der Melanosomentransport innerhalb von Melanozyten sind gut erforscht. Die Biogenese der Melanosomen ist in vier Organellenstadien unterteilt. In Stadium I bilden sich nicht pigmentierte Prä-Melanosomen mit internen membranartigen Vesikeln, die frühen/sortierenden Endosomen ähneln. Dieses Kompartiment ist durch intraluminale proteinhaltige Fibrillen gekennzeichnet, die sich in diesem Stadium zu bilden beginnen und in Stadium II abgeschlossen sind. Die Melaninsynthese und die Reifung der Melanosomen beginnen mit der Annahme einer elliptischen Form am Ende von Stadium II. Stadium III ist durch die Ablagerung von Melanin auf den Amyloidfibrillen gekennzeichnet, was zu deren Verdickung und Verdunklung führt, bis sie vollständig melanisiert sind und Stadium IV erreichen, in dem sie als vollständig ausgereiftes Melanosom gelten.

Um auf Keratinozyten übertragen zu werden, müssen Melanosomen von der perinukleären Region zu den Melanozytendendriten transportiert werden. Man geht davon aus, dass dies in einem zweistufigen kooperativen Prozess geschieht, bei dem Melanosomen zunächst einen von Mikrotubuli abhängigen bidirektionalen Langstreckentransport nutzen. Tatsächlich bewegen sich Melanosomen in einer von Kinesin 2 abhängigen Weise zur Zellperipherie, wo sie an das Aktin-Zytoskelett gebunden werden. An der Peripherie zeigen Melanosomen eine Bewegung über kurze Distanzen auf dem kortikalen Aktin-Netzwerk, die von dem dreigliedrigen Komplex aus Myosin Va, Melanophilin und Rab27a abhängt (Hume AN et al. 2007;  Nagashima K et al. 2002). Das RAB27A-Protein gehört zur Superfamilie der kleinen GTPasen, der Rab-Proteinfamilie. Das Protein ist membrangebunden und kann am Proteintransport und an der durch kleine GTPasen vermittelten Signaltransduktion beteiligt sein. Es wird angenommen, dass die Verteilung der Melanosomen in den Melanozyten aus einem Wettstreit zwischen dem Mikrotubuli- und dem Aktin-abhängigen Transport resultiert (Gross SP et al. 2002).  Die Abstoßung zwischen Melanosomen auf der Grundlage der Aktinfilamentdynamik könnte möglicherweise die Ausbreitung von Melanosomen im gesamten Zytoplasma aufrechterhalten, ohne dass ein mikrotubuliabhängiger Transport erforderlich ist (Alzahofi N et al. 2020).

In Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) ist der Mikrotubuli-Transport für den schnellen Langstreckentransport von Melanosomen unerlässlich. Ebenso unverzichtbar ist das zytoplasmatische Dynein für den Übergang dieser Organellen zu einem Aktinfilament-abhängigen Transport (Jiang M et al. (2020).

Die molekularen Mechanismen, die den Melanintransfer von Melanozyten auf Keratinozyten steuern, sind nach wie vor umstritten, da es in diesem Bereich noch keinen Konsens gibt. Derzeit gibt es vier Modelle, die diesen Prozess erklären sollen (Bento-Lopes L et al. 2023):

• (a) Zytophagozytose der Melanozytendritenspitzen durch Keratinozyten;
• (b) direkte Membranfusion zwischen Melanozyten und Keratinozyten, wodurch Filopodien entstehen, über die Melanosomen übertragen werden;
• (c) Übertragung von Melanosomen-beladenen Vesikeln von Melanozyten, gefolgt von der Internalisierung durch Keratinozyten
• (d) Exozytose des Melaninkerns durch Melanozyten und anschließende Internalisierung durch Keratinozyten

1. Alzahofi N et al. (2020) Rab27a Co-Ordinates Actin-Dependent Transport by Controlling Organelle-Associated Motors and Track Assembly Proteins. Nat. Commun11:3495).
2. Bento-Lopes L et al. (2023) Melanin's Journey from Melanocytes to Keratinocytes: Uncovering the Molecular Mechanisms of Melanin Transfer and Processing. Int J Mol Sci 24:11289.
3. Gross SP et al. (2002) Interactions and Regulation of Molecular Motors in Xenopus Melanophores. J Cell Biol 156:855–865)
4. Hume AN et al. (2007) Rab27a and MyoVa Are the Primary Mlph Interactors Regulating Melanosome Transport in Melanocytes. J Cell Sci 120:3111–3122
5. Hurbain I et al. (2018) Melanosome Distribution in Keratinocytes in Different Skin Types: Melanosome Clusters Are Not Degradative Organelles. J Investig Dermatol 138:647–656.
6. Jiang M et al. (2020) Microtubule Motor Transport in the Delivery of Melanosomes to the Actin-Rich Apical Domain of the Retinal Pigment Epithelium. J Cell Sci 133).
7. Nagashima K et al. (2002) Melanophilin Directly Links Rab27a and Myosin Va through Its Distinct Coiled-Coil Regions. FEBS Lett 517:233–238).