Cómo un miembro de una familia de proteínas sensibles a la luz ajusta el color de la piel

Cuando los humanos pasan el tiempo bajo el sol sin la protección adecuada de la piel, la radiación ultravioleta (UV) del sol le indica a la piel que produzca más melanina, que protege contra los efectos de la radiación que causan el cáncer, y se vuelve más oscura. La radiación UV solar tiene dos partes: radiación de onda corta o UVB, y radiación de onda larga o UVA. Cada parte es detectada por la piel de diferentes maneras; Cómo la UVB hace que los humanos se bronceen se conoce desde hace tiempo.

Por otro lado, los científicos saben menos acerca de cómo la piel detecta y responde a los rayos UVA, el tipo más abundante de radiación solar UV. Elena Oancea, profesora asociada en el departamento de Farmacología Molecular, Fisiología y Biotecnología de Brown, ha estado estudiando precisamente esto. pregunta. En 2015, cuando su equipo descubrió las primeras pistas para indicar que los melanocitos, células especializadas de la piel que producen el pigmento melanina, tienen una gran cantidad de opsina 3, pensaron que la opsina 3 podría ser el receptor que detecta los rayos UVA y señala un aumento en la producción de melanina.

Cuatro años y cuatro grandes sorpresas más tarde, los hallazgos del equipo se publicaron el jueves 16 de mayo en la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

"Hemos encontrado el papel de la opsina 3 en los melanocitos humanos y hemos descubierto los pasos moleculares que permiten a la opsina 3 lograr esta función", dijo Oancea. "Opsin 3 modula la cantidad de pigmento que producen las células, pero, sorprendentemente, lo hace independientemente de la luz. Este mecanismo es un nuevo paradigma para las opsinas. Una vez que aprendemos más sobre la opsina 3, puede ser un buen objetivo para tratar los trastornos de pigmentación. "

Armados con su hipótesis inicial de que la opsina 3 detecta la radiación UVA, causando que los iones de calcio inunden los melanocitos y desencadenan la producción de melanina, el equipo se lanzó a los experimentos. Rana Ozdeslik, una estudiante de doctorado que obtuvo su Ph.D. de Brown en 2017 y continuó trabajando en el proyecto como investigador asociado, usó una herramienta de ingeniería genética para reducir en gran medida la cantidad de opsina 3 en melanocitos humanos cultivados.

Cuando Ozdeslik expuso las células de la piel casi sin opsina 3 a la luz UV, todavía produjeron una explosión de iones de calcio. Su hipótesis inicial estaba equivocada.

"Nuestra primera gran sorpresa fue que opsin 3 no es el detector de rayos UVA", dijo Oancea.

Como el equipo planeó los próximos pasos, Ozdeslik observó que las células de la piel sin opsina 3 aparecían mucho más oscuras, dijo Oancea. Esta fue la segunda sorpresa. De hecho, cuando midieron la melanina, los melanocitos produjeron más pigmento en ausencia de opsina 3. El siguiente paso fue averiguar cómo.

En ese momento del proceso de investigación, la estudiante de doctorado de Brown, Lauren Olinski, se unió al equipo. Juntos, encontraron que la opsina 3 cambia la actividad del receptor de melanocortina-1, una proteína que se sabe que aumenta la síntesis de monofosfato de adenosina cíclico (AMPc), una señal molecular que desencadena la producción de melanina. La opsina 3 regula la melanina al disminuir los niveles de cAMP producidos por el receptor de melanocortina-1. Esta fue la tercera sorpresa del proyecto.

El equipo determinó que, como se esperaba, la opsina 3 se une a la retina, una forma de vitamina A que es esencial para detectar la luz en todas las proteínas relacionadas con la rodopsina. Sin embargo, no pudieron detectar la opsina 3 que absorba ninguna longitud de onda de la luz. Esta fue su cuarta sorpresa y una que Oancea todavía encuentra bastante desconcertante. Ella dijo que es posible que la retina sirva para algún tipo de propósito estructural o que la opsina 3 absorba la luz en un rango de longitud de onda que no se puede medir fácilmente.

En última instancia, el equipo determinó que la opsina 3 disminuye la producción de melanina en las células de la piel al disminuir los niveles de una señal molecular importante, pero que esta regulación no parece ser activada por la luz.

Ahora que han determinado el papel de la opsina 3 en la pigmentación de la piel, el equipo está buscando aprender qué otras partes del cuerpo produce la opsina 3 y qué tipo de funciones podría tener. Olinski está trabajando para determinar dónde y cómo funciona la opsina 3 en el cerebro, donde se descubrió por primera vez.

El hallazgo de que la opsina 3 puede ajustar la cantidad de pigmento que producen los melanocitos sugiere que la opsina 3 podría ser un objetivo para tratar los trastornos de la pigmentación. Los trastornos de hiperpigmentación se caracterizan por demasiada melanina; Los trastornos de hipopigmentación, como el albinismo, se caracterizan por muy poca melanina, lo que aumenta considerablemente la sensibilidad de los pacientes a la radiación UV solar y la susceptibilidad al cáncer de piel. La mayoría de los trastornos de la pigmentación no tienen tratamientos disponibles. Antes de que los científicos puedan apuntar a la opsina 3 en la piel, deben entender lo que hace en otras partes del cuerpo y aprender cómo activar o desactivar su actividad, dijo Oancea.

Además de Oancea, Ozdeslik y Olinski, otros autores del artículo incluyen a Melissa Trieu y Daniel Oprian de la Universidad de Brandeis.

Esta investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de la Salud (números de donación R01 AR066318 y T32 GM077995), la Fundación Suna e Inan Kirac, así como por fondos internos de la Brown University.