Intrinsic and extrinsic regulation of human skin melanogenesis and pigmentation

• Published in: International journal of cosmetic science 2018-08, Vol.40 (4), p.328-347
• Main Authors: Serre, C., Busuttil, V., Botto, J.‐M.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: computer modelling; Convergence; Environmental Pollutants - toxicity; environmental pollution; Enzymes; Humans; Irradiation; Keratinocytes; Melanin; Melanins - biosynthesis; Melanocytes; Melanocytes - metabolism; melanogenesis; Melanosomes; Melanosomes - metabolism; Microphthalmia-associated transcription factor; Microphthalmia-Associated Transcription Factor - metabolism; MicroRNAs - metabolism; miRNA; ncRNAs; Pigmentation; Pigments; Pollution; Proteins; Receptors, G-Protein-Coupled - metabolism; RNA, Long Noncoding - metabolism; Signal processing; Signal transduction; Signaling; Skin; Skin - drug effects; Skin - metabolism; Skin - radiation effects; skin physiology/structure; Skin Pigmentation; Sunlight; Tyrosinase; Ultraviolet radiation
• ISSN: 0142-5463; 1468-2494
• DOI: 10.1111/ics.12466

In human skin, melanogenesis is a tightly regulated process. Indeed, several extracellular signals are transduced via dedicated signalling pathways and mostly converge to MITF, a transcription factor integrating upstream signalling and regulating downstream genes involved in the various inherent mechanisms modulating melanogenesis. The synthesis of melanin pigments occurs in melanocytes inside melanosomes where melanogenic enzymes (tyrosinase and related proteins) are addressed with the help of specific protein complexes. The melanosomes loaded with melanin are then transferred to keratinocytes. A more elaborate level of melanogenesis regulation comes into play via the action of non‐coding RNAs (microRNAs, lncRNAs). Besides this canonical regulation, melanogenesis can also be modulated by other non‐specific intrinsic pathways (hormonal environment, inflammation) and by extrinsic factors (solar irradiation such as ultraviolet irradiation, environmental pollution). We developed a bioinformatic interaction network gathering the multiple aspects of melanogenesis and skin pigmentation as a resource to better understand and study skin pigmentation biology. Résumé Dans la peau humaine, le processus de la mélanogenèse est extrêmement contrôlé. En effet, divers signaux extracellulaires sont transduits via des voies de signalisation dédiées qui convergent essentiellement vers le facteur de transcription MITF. Ce dernier intègre cette signalisation en amont et régule alors la transcription de gènes impliqués dans les divers mécanismes inhérents à la modulation de la mélanogenèse. La synthèse des pigments de mélanine se produit dans les mélanocytes, à l'intérieur des mélanosomes dans lesquels les enzymes de la mélanogenèse (tyrosinase et protéines apparentées) sont adressées à l'aide de complexes protéiques spécifiques. Les mélanosomes ainsi chargés en mélanine sont ensuite transférés aux kératinocytes. Un niveau plus élaboré de régulation de la mélanogenèse entre aussi en jeu au travers de l'action d’ARNs non codants (microARNs et lncRNAs). Outre cette régulation canonique, la mélanogenèse peut également être modulée par des voies intrinsèques non spécifiques telles l'environnement hormonal et l'inflammation, et par des facteurs extrinsèques, comme le rayonnement solaire et la pollution environnementale. Nous avons par ailleurs développé un réseau d'interactions gènes/protéines regroupant les multiples aspects de la régulation de la mélanogenèse et de la pigmentation