Mélanine
Attention, ne pas confondre avec les mélamines, résines aminées dérivées de l'urée, révélées dans le scandale du lait frelaté chinois.
Les mélanines sont parmi les principaux pigments biologiques responsables de la coloration des téguments dans le règne animal.On la retrouve aussi comme pigment chez les champignons (Mycète). Chez l'être humain, la couleur de la peau, des cheveux et des yeux dépendent principalement de son type et de sa concentration. De nombreux animaux en produisent également, dont les oiseaux (coloration des plumes), de nombreux champignons et certains protozoaires.
Les mélanines biologiques sont des macromolécules produites pour la plupart par les mélanocytes, par addition ou condensation de monomères formés à partir de la tyrosine (eumélanine) ou de la tyrosine et de la cystéine (phéomélanine), avec le concours de l'enzyme tyrosinase. Une faible proportion, comme la neuromélanine de la substantia nigra du cerveau humain, n'est pas fabriquée dans les mélanocytes mais provient probablement du métabolisme d’une amine simple comme la dopamine.
Il existe également des mélanines artificielles : polyacétylènes, polyanilines, et polypyrroles de couleur noire ou brune, et leurs copolymères ; elles ont une application industrielle ou biotechnologique.
Le rôle principal de la mélanine est la protection pigmentaire contre les radiations UV. Chez certains animaux, les mélanophores, chromatophores porteurs de mélanine, contribuent au camouflage ou signalent par leurs transformations l’émotion, le stress ou un changement de l’environnement (température etc.). Chez certains invertébrés, les agents pathogènes sont encapsulés dans de la mélanine, qui contribuerait donc chez eux à la défense contre les infections. Il semble aussi que ses groupes carboxylate et hydroxyl-phénol puissent isoler du milieu certains éléments dommageables lorsqu’ils sont en excès, comme les métaux lourds[1].
Types
On connaît deux principaux types de mélanine comportant chacun deux sous-groupes, et un type mineur moins connu :
- l'eumélanine ou pigment sombre, noire ou brun foncé
- la phéomélanine ou pigment clair, fauve, rouge ou jaune
- la neuromélanine, présente essentiellement dans la substantia nigra (substance noire) et le locus cœruleus (tache bleue) du cerveau.
Synthèse
Le mécanisme de formation de la mélanine est très complexe et les mécanismes précis pour toutes les variétés ne sont pas encore totalement élucidés. La mélanine est produite à partir de tyrosine grâce à l’enzyme tyrosinase. La tyrosine est tout d’abord convertie en DOPA, puis en dopaquinone. En l’absence de cystéine, de l'indole-5,6-quinone est formé, donnant l'eumélanine. En présence de cystéine, de la cystéinyldopa est formée, donnant de la phéomélanine. Ces deux pigments polymérisent à un degré variable selon leur nature.
- Étape de base commune :
- Tyrosine (tyrosine oxydase ou tyrosinase) → DOPA (3,4-dihydroxyphénylalanine) (dopa exydase)→ dopaquinone
- Deux chemins possibles vers l’eumélanine :
En général les deux voies existent simultanément. Si le mélange est riche en DHI, la mélanine est noire, s’il est riche en DHICA, elle est brune.
- Deux chemins possibles vers la phéomélanine :
- Dopaquinone + cystéine → 5-S-cystéinyldopa → benzothiazine → phéomélanine
- Dopaquinone + cystéine → 2-S-cystéinyldopa → précurseur de benzothiazine → phéomélanine
Chez l'homme, sous l’effet des UV, les kératinocytes secrètent l’hormone alpha-MSH par scission de la pro-opiomélanocortine (POMC), grâce à l'action d’une protéine appelée p. 53. L’alpha MSH s’attache aux mélanocytes et stimule la production de mélanine. P53 étant également une protéine produite en cas de stress, cela pourrait expliquer l’hyperpigmentation qui apparait parfois, particulièrement chez les personnes âgées, en cas d’irritation prolongée de la peau[2].
C'est au niveau de la régulation de l'activité de la tyrosinase qu'interviennent les produits dépigmentants comme l’hydroquinone et l'acide kojique. D’autres, comme les antioxydants (acide ascorbique par exemple), interviennent au niveau des quinones formées. Toute mutation génétique rendant la tyrosinase moins active ou absente est à l'origine de l'albinisme, trouble qui se traduit sous sa forme extrême par l'absence totale de mélanine.
Il a été proposé que la capacité de la mélanine à se comporter comme un anti-oxydant serait d’autant plus forte que son poids moléculaire est élevé[3]. Des conditions défavorables à la polymérisation (certains ph, présence de toxiques...) libéreraient des radicaux et rendraient la mélanine cancérigène ou destructrice, favorisant la formation des mélanomes ou de la dégénérescence maculaire[4].
Aspect au microscope
Au microscope, la mélanine doit être distinguée des pigments produits par la destruction des hématies (hémosidérine). Elle apparait sous forme de granules bruns non-réfractiles de moins de 800 nm alors que les granules de pigments sanguins sont plus gros, réfractiles et verts, jaunes ou brun-rouge. Une solution diluée de permanganate de potassium fait disparaitre la mélanine.
Chez l'Homme
On trouve la mélanine dans la peau, les cheveux et poils, l’épithélium pigmentaire de l’iris, la surrénale, la strie vasculaire de l’oreille interne, le cerveau (corps strié et substance noire). À l’exception du cerveau, elle est contenue dans des organites intracellulaires de forme ronde ou allongée appelés mélanosomes, produits par les mélanocytes.
C'est la mélanine qui nous fait bronzer, protégeant ainsi l'ADN des cellules de la peau des rayons ultraviolets (surtout UVB) du soleil. Lors d'une exposition prolongée au soleil, on bronze car le corps fabrique plus de mélanine, on est donc mieux protégé contre les UV. La mélanine agit en les absorbant et en restituant sous forme de chaleur l'énergie reçue. L'eumélanine est beaucoup plus efficace dans ce rôle que la phéomélanine qui protège très peu, et se décompose facilement sous l'effet des UV, libérant des radicaux libres cancérigènes ; c'est pour cette raison que les personnes rousses sont plus fragiles que les brunes. Les blonds, et a fortiori les albinos, sont également très fragiles face au soleil. Mais même pour les peaux mates ou foncées, la protection offerte par la mélanine est loin d'être totale, et des dégradations trop importantes de l'ADN peuvent entrainer la cancérisation des cellules de la peau.
Les crèmes autobronzantes n'ont rien à voir avec la mélanine et ne protègent absolument pas du soleil.
La mélanine est présente en quantité proportionnelle à l'intensité de la couleur. Ainsi, une personne à la peau noire en fabrique beaucoup plus qu'une personne à la peau blanche, un iris brun en contient plus qu'un iris bleu, une chevelure brune plus qu’une chevelure blonde. Les albinos peuvent ne pas en produire du tout. La quantité de mélanine produite par une personne détermine son phototype.
Ce sont les gènes qui gouvernent sa production, dont les proportions respectives d'eumélanine et de phéomélanine. Sous l’effet des UV, les kératinocytes secrètent l’hormone alpha-MSH par scission de la pro-opiomélanocortine (POMC), grâce à l'action d’une protéine appelée P53. L’alpha MSH s’attache aux mélanocytes et stimule la production de mélanine. P53 étant également une protéine produite en cas de stress, cela pourrait expliquer l’hyperpigmentation qui apparait parfois, particulièrement chez les personnes âgées, en cas d’irritation prolongée de la peau. La mélatonine joue aussi un rôle dans le bronzage en augmentant la concentration en mélanine des mélanosomes.
Par ailleurs, la formation d’alpha-MSH à partir de POMC produisant de l’endorphines b supposée contribuer à un sentiment de bien-être, David E Fisher, directeur de la recherche ayant mis en évidence le rôle de P53 dans le bronzage, propose que la libération d’endorphine lors de ce processus pourrait encourager les gens à s’exposer au soleil. L’ensemble des processus favoriserait la protection contre les cancers cutanés. En effet, si une exposition au soleil trop longue ou trop brutale est dangereuse, une exposition modérée et régulière peut au contraire constituer une protection, sauf chez les personnes dépourvues de la capacité de bronzer.
L'apparition de cheveux blancs (canitie) provient d'un arrêt de production de mélanine au niveau de leur bulbe dont on ne connaît pas encore très bien le mécanisme ; on sait du moins qu’il est héréditaire (si les parents ont eu les cheveux blancs tôt, alors les enfants auront aussi des cheveux blancs tôt) et lié à l'âge (plus on est vieux, plus on a de cheveux blancs).
Les éphélides et les taches de vieillesse contiennent des mélanocytes élargis qui produisent localement plus de mélanosomes que la peau avoisinante, d'où leur teinte plus foncée. Les grains de beauté sont des concentrations locales de mélanocytes.
C'est la mélanine présente dans les poils qui permet de réaliser des épilations laser.
Les effets de la mélanine sur l'apparence physique peuvent exercer une grande influence sur la société humaine (choix d’un partenaire, discrimination).
Chez les animaux
La couleur blanche ou noire des animaux s'explique par la concentration de mélanine dans le plumage ou le pelage.
Le mélanisme est beaucoup plus rare que l'albinisme chez les animaux[5].
L'absence de mélanine donnera un animal blanc ou jaunâtre (présence d'autres pigments) aux yeux rouges (albinos) comme chez le véritable cheval blanc. Au contraire, une concentration excessive en mélanine donnera un animal au plumage ou au pelage noir (mélanistique) comme dans le cas de la mutation nigripennis du paon bleu (paon nigripenne) ou de la panthère noire[5].
La non migration dans les plumes ou les poils de ce pigment donnera un animal blanc à la peau, aux yeux et aux pattes normalement colorés comme dans le cas de la mutation alba du paon bleu (paon blanc) et celui du cheval gris. La non migration des mélanocytes dans la peau ou leur apoptose prématurée donne des animaux leucistiques, tout blancs, partiellement colorés comme le tigre blanc, ou pie. Une tyrosinase déficiente, incapable de fonctionner à la température corporelle normale, donne le phénotype colourpoint.
Références
- J.D. Simon et al.Pigment Cell Research, 2004, 17: 262-269
- David E. Fisher et al. Cell 9 mars 2007 ; lire en ligne dans Science daily du 11 mars 2007
- Ophthalmic research, 2005, 37: 136-141 Melanin aggregation and polymerization: possible implications in âge related macular degeneration
- Clinical Cancer Res. 2004; 10: 2581-2583 Etiologic pathogenesis of melanoma: a unifying hypothesis for the missing attributable risk ; Pigment cell Res. 2001; volume 14: pages 148-154. Redox regulation in human melanocytes and melanoma
- Isidore Geoffroy Saint-Hilaire, Histoire générale et particulière des anomalies de l'organisation chez l'homme et les animaux: ouvrage comprenant des recherches sur les caractères, la classification, l'influence physiologique et pathologique, les rapports généraux, les lois et les causes des monstruosités, Établissement encyclographique, , 109-111 p. (lire en ligne)
