Melanosome transfer between melanocytes and keratinocytes

RESUMO: A pele é o maior órgão do corpo humano e a sua pigmentação é essencial para a sua coloração e proteção contra os efeitos nocivos da radiação ultravioleta (UV). A pigmentação da pele resulta essencialmente de três processos: a síntese e o armazenamento de melanina pelos melanócitos, em organelos especializados denominados melanossomas; o transporte dos melanossomas dentro dos melanócitos; e finalmente, a transferência dos melanossomas para os queratinócitos adjacentes. Nos queratinócitos, a melanina migra para a região perinuclear apical da célula para formar um escudo protetor,responsável pela proteção do DNA dos danos causados pela radiação UV. Os melanócitos estão localizados na camada basal da epiderme e contactam com 30-40 queratinócitos. Em conjunto, estas células formam a “unidade melano-epidérmica”. Apesar dos processos de síntese e transporte de melanina nos melanócitos estarem bastante bem caracterizados, os mecanismos moleculares subjacentes à transferência inter-celular de melanina são menos conhecidos e ainda controversos. Dados preliminares obtidos pelo nosso grupo, que se basearam na observação de amostras de pele humana por microscopia electrónica, indicam que a forma predominante de transferência de melanina na epiderme consiste na exocitose dos melanossomas pelos melanócitos e subsequente endocitose da melanina por queratinócitos. Para além disso sabe-se que as proteínas Rab, que controlam o tráfego membranar, estão envolvidas em várias etapas de pigmentação da pele, nomeadamente na biogénese e no transporte de melanina. Assim, dado o seu papel fundamental nestes processos, questionámo-nos sobre o seu envolvimento na transferência de melanina. Com este trabalho, propomo-nos a expandir o conhecimento atual sobre a transferência de melanina na pele, através do estudo detalhado dos seus mecanismos moleculares, identificando as proteínas Rab que regulam o processo. Pretendemos também confirmar o modelo de exo/endocitose como sendo o mecanismo principal de transferência de melanina. Primeiro, explorámos a regulação da secreção de melanina pelos melanócitos e analisámos o papel de proteínas Rab neste processo. Os resultados foram obtidos recorrendo a um método in vitro, desenvolvido previamente no laboratório, que avalia a quantidade de melanina segregada para o meio de cultura por espectrofotometria, e ainda por microscopia, contando o número de melanossomas transferidos para os queratinócitos. Através de co-culturas de melanócitos e queratinócitos, verificou-se que os queratinócitos estimulam a libertação de melanina dos melanócitos para o meio extra-celular, bem como a sua transferência para os queratinócitos. Além disso, a proteína Rab11b foi identificada como um regulador da exocitose de melanina e da sua transferência para os queratinócitos. De facto, a diminuição da expressão de Rab11b em melanócitos provocou a redução da secreção de melanina estimulada por queratinócitos, bem como da transferência desta. Em segundo lugar, para complementar o nosso estudo, centrámos a nossa investigação na internalização de melanina por queratinócitos. Especificamente, usando uma biblioteca de siRNA, explorámos o envolvimento de proteínas Rab na captação de melanina por queratinócitos. Como primeira abordagem, usámos esferas fluorescentes como substituto de melanina, avaliando os resultados por citometria de fluxo. No entanto, este método revelou-se ineficaz uma vez que a internalização destas esferas é independente do recetor PAR-2 (recetor 2 ativado por protease), que foi previamente descrito como essencial na captação de melanina por queratinócitos Posteriormente, foi desenvolvido um novo protocolo de endocitose baseado em microscopia, usando melanossomas sem a membrana envolvente (melanocores) purificados do meio de cultura de melanócitos, incluindo um programa informático especialmente desenhado para realizar uma análise semi-automatizada. Após internalização, os melanocores acumulam-se na região perinuclear dos queratinócitos, em estruturas que se assemelham ao escudo supranuclear observado na pele humana. Seguidamente, o envolvimento do recetor PAR-2 na captação de melanocores por queratinócitos foi confirmado, utilizando o novo protocolo de endocitose desenvolvido. Para além disso, a necessidade de quatro proteínas Rab foi identificada na internalização de melanocores por queratinócitos. A redução da expressão de Rab1a ou Rab5b em queratinócitos diminuiu significativamente o nível de internalização de melanocores, enquanto o silenciamento da expressão de Rab2a ou Rab14 aumentou a quantidade de melanocores internalizados por estas células. Em conclusão, os resultados apresentados corroboram as observações anteriores, obtidas em amostras de pele humana, e sugerem que o mecanismo de transferência predominante é a exocitose de melanina pelos melanócitos, induzida por queratinócitos, seguida por endocitose pelos queratinócitos. A pigmentação da pele tem implicações tanto ao nível da cosmética, como ao nível médico, relacionadas com foto-envelhecimento e com doenças pigmentares. Assim sendo, ao esclarecer quais os mecanismos moleculares que regulam a transferência de melanina na pele, este trabalho pode conduzir ao desenvolvimento de novas estratégias para modular a pigmentação da pele.----------------ABSTRACT: Skin pigmentation is achieved through the highly regulated production of the pigment melanin in specialized organelles, termed melanosomes within melanocytes. These are transported from their site of synthesis to the melanocyte periphery before being transferred to keratinocytes where melanin forms a supra-nuclear cap to protect the DNA from UVinduced damage. Together, melanocytes and keratinocytes form a functional complex, termed “epidermal-melanin unit”, that confers color and photoprotective properties to the skin. Skin pigmentation requires three processes: the biogenesis of melanin; its intracelular transport within the melanocyte to the cell periphery; and the melanin transfer to keratinocytes. The first two processes have been extensively characterized. However, despite significant advances that have been made over the past few years, the mechanisms underlying inter-cellular transfer of pigment from melanocytes to keratinocytes remain controversial.Preliminary studies from our group using electron microscopy and human skin samples found evidence for a mechanism of coupled exocytosis-endocytosis. Rab GTPases are master regulators of intracellular trafficking and have already been implicated in several steps of skin pigmentation. Thus, we proposed to explore and characterize the molecular mechanisms of melanin transfer and the role of Rab GTPases in this process. Moreover, we investigated whether the exo/endocytosis model is the main mechanism of melanin transfer. We first focused on melanin exocytosis by melanocytes. Then, we started to investigate the key regulatory Rab proteins involved in this step by establishing an in vitro tissue culture model of melanin secretion. Using co-cultures of melanocytes and keratinocytes, we found that keratinocytes stimulate melanin release and transfer. Moreover, depletion of Rab11b decreases keratinocyte-induced melanin exocytosis by melanocytes. In order to determine whether melanin exocytosis is a predominant mechanism of melanin transfer, the amount of melanin transferred to keratinocytes was then assayed in conditions where melanin exocytosis was inhibited. Indeed, Rab11b depletion resulted in a significant decrease in melanin uptake by keratinocytes. Taken together, these observations suggest that Rab11b mediates melanosome exocytosis from melanocytes and transfer to keratinocytes. To complement and extend our study, we of melanin by keratinocytes. Thus, we aimed to explore the effect of depleting Rab GTPases on melanin uptake and trafficking within keratinocytes. As a first approach, we used fluorescent microspheres as a melanin surrogate. However, the uptake of microspheres was observed to be independent of PAR-2, a receptor that is required for melanin uptakecentred our attention in the internalization of melanin by keratinocytes. Thus, we aimed to explore the effect of depleting Rab GTPases on melanin uptake and trafficking within keratinocytes. As a first approach, we used fluorescent microspheres as a melanin surrogate. However, the uptake of microspheres was observed to be independent of PAR-2, a receptor that is required for melanin uptake.Therefore, we concluded that microspheres were uptaken by keratinocytes through a different pathway than melanin. Subsequently, we developed a microscopy-based endocytosis assay using purified melanocores (melanosomes lacking the limiting membrane) from melanocytes, including a program to perform a semi-automated analysis. Melanocores are taken up by keratinocytes and accumulate in structures in the perinuclear area that resemble the physiological supranuclear cap observed in human skin. We then confirmed the involvement of PAR-2 receptor in the uptake of melanocores by keratinocytes, using the newly developed assay. Furthermore, we identified the role of four Rab GTPases on the uptake of melanocores by keratinocytes. Depletion of Rab1a and Rab5b from keratinocytes significantly reduced the uptake of melanocores, whereas Rab2a, and Rab14 silencing increased the amount the melanocores internalized by XB2 keratinocytes. In conclusion, we present evidence supporting keratinocyte-inducedmelanosome exocytosis from melanocytes, followed by endocytosis of the melanin core by keratinocytes as the predominant mechanism of melanin transfer in skin. Although advances have been made, there is a need for more effective and safer therapies directed at pigmentation disorders and also treatments for cosmetic applications. Hence, the understanding of the above mechanisms of skin pigmentation will lead to a greater appreciation of the molecular machinery underlying human skin pigmentation and could interest the pharmaceutical and cosmetic industries.

Identificação de oportunidades de melhoria no sistema de monitorização e controlo de qualidade de cor na fibra acrílica tinta

Este trabalho desenvolveu-se na empresa FISIPE no âmbito da melhoria da qualidade fibra tinta pelo processo de Gel-Dyeing (um dos processos mais importantes na empresa, representando um dos produtos mais vendidos) e incidiu em três vertentes centradas em, 1) Corantes; 2) Reprodução de cores; 3) Fibras. Em relação aos corantes foram efectuados dois estudos: a) O controlo da qualidade dos corantes ao nível do fornecimento, dado que a empresa depende de diversos fornecedores para a maioria dos corantes individuais. Concluiu-se que o mesmo corante para fornecedores diferentes não é comparável pois a amostra populacional não é a mesma. b) A estabilidade das soluções utilizadas para reprodução de cores estudando, em particular, os efeitos da luz, concentração, arejamento e do tempo de armazenamento tendo-se observado que, maioritariamente, as soluções podem ser armazenadas durante um período de 28 dias sem uma perda significativa de actividade. Na reprodução de cores estudaram-se duas das principais causas de insucessos de produção: a) O comportamento pouco reprodutível em laboratório do corante azul 147. Obtiveram-se, com a adição de electrólito, resultados satisfatórios, com o corante a possuir um rendimento próximo ao da fábrica. b) A degradação de certos corantes durante o processo de recozimento provoca que a mesma receita em laboratório e na fábrica origine cores diferentes. Assim, compararam-se os resultados colorimétricos entre 110 testes de laboratório e as respectivas produções e determinou-se que para uma maior concentração de corantes numa produção, o ajuste necessário realizar nos factores correctivos existentes é também menor. Por fim, no que respeita às fibras, desenvolveu-se um novo método de determinação do valor de saturação da fibra. Com base neste método, foi estudado um caso real numa fibra que apresentava anomalias de tingimento observando-se que a capacidade de tingimento era inferior (menor valor de saturação) à do padrão.

Qualidade do ar interior em habitações: fontes emissoras de poluentes

Nos últimos anos, a qualidade do ar interior tem emergido como uma das principais preocupações para os utilizadores, proprietários e gestores de edifícios. A consciência e procura de ambientes interiores saudáveis têm vindo a aumentar, sendo que é generalizado o reconhecimento da importância de ambientes interiores com concentrações de poluentes aceitáveis, confortáveis e produtivos. As pessoas gastam cerca de 90 por cento do seu tempo em ambientes fechados, sendo que o ar dentro de habitações e noutros edifícios pode ser mais poluído do que no ar exterior. Nas habitações diversas fontes emissoras de poluentes estão presentes e a distância entre estas fontes e os ocupantes é muito reduzida. Isto significa que a exposição a poluentes do ar dentro das habitações pode ser muito elevada. O presente estudo teve como objetivo caraterizar a exposição a fontes interiores em habitações. Foram estudadas as seguintes fontes emissoras: lareiras abertas e lareiras fechadas com recuperador de calor com queima de pinho e briquetes; confeção de alimentos, incluindo preparações de fritos e cozidos, bem como o uso de torradeiras elétricas. A exposição de seres humanos a poluentes durante o sono também foi avaliada. As medições de poluentes, como material particulado (PM1, PM2,5, PM10), ozono (O3), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), compostos orgânicos voláteis (COVs) e formaldeído (CH2O), e parâmetros de conforto, como temperatura e humidade relativa, foram realizadas em três casas com caraterísticas diferentes. A análise temporal dos dados e a comparação entre as concentrações de poluentes medidas no interior e exterior foram utilizadas para avaliar o impacte das fontes avaliadas. Os resultados indicaram que os seres humanos estão expostos a concentrações elevadas de poluentes quando estão perto de fontes específicas. As medições efetuadas em espaços com lareiras indicaram que as concentrações foram mais elevadas no caso da lareira aberta aquando da combustão de pinho. As concentrações de partículas, COVs, CO e CH2O ultrapassaram os valores limite definidos pela legislação. Durante as atividades de culinária as concentrações de COVs, CH2O e partículas medidas na cozinha também excederam os valores limite definidos pela legislação nacional. As concentrações foram mais elevadas para a confeção de alimentos de fritos em fogão a gás e quando a torradeira foi utilizada para um pão bastante torrado. Durante a noite foi observado o aumento das concentrações de CO2 e concentrações superiores de poluentes foram registadas para porta e janela fechadas.

A influência da água nas propriedades termofísicas dos solventes eutécticos

Nos últimos anos, têm sido efectuados muitos estudos acerca do impacto ambiental dos Líquidos Iónicos (LIs). Estes estudos provaram que apesar das suas características únicas e vantagens claras sobre os solventes orgânicos comuns, numa vasta gama de aplicações e processos, que os LIs por vezes não são totalmente verdes. Com o objectivo de superar algumas das limitações dos LIs em termos de sustentabilidade e estado físico, surgem recentemente os Solventes Eutécticos Profundos (SEs) que têm sido alvo de grande pesquisa científica. O objectivo deste trabalho é estudar os SEs e as suas propriedades termofísicas em soluções aquosas, como condutividade, densidade e viscosidade, com diferentes teores de água. Para esse efeito foi utilizado o cloreto de colina que é um líquido iónico benigno, que será utilizado como aceitador de pontes de hidrogénio, combinado com os vários dadores de pontes de hidrogénio, como o ácido glicólico, o ácido glutárico, o ácido levulínico, o ácido malónico e o ácido oxálico. O principal objectivo deste trabalho baseia-se no estudo do efeito da água na estabilidade dos SEs, quando estes estão presentes em soluções aquosas. No final, foi ainda realizada uma caracterização destes SEs por espectroscopia FTIR, de forma a garantir que ocorreram as pontes de hidrogénio entre o aceitador de pontes de hidrogénio, cloreto de colina e os dadores de pontes de hidrogénio, diversos ácidos carboxílicos.

Sedimentos marinos superficiales en la bahía del Callao, Perú. 1997

Durante El Niño 1997, se estudiaron los sedimentos marinos superficiales de la bahía del Callao (11°50’S a 12°06’S), en 68 estaciones de muestreo situadas al interior de la bahía, incluyendo Ventanilla. Se situaron 35 estaciones complementarias entre las desembocaduras de los ríos Rímac y Chillón donde se concentran las descargas de desechos industriales, urbanos y de actividad portuaria. Se realizaron tres transectos, frente a: playa Ventanilla, al colector Comas y a Chucuito-La Punta. Frente a la playa Márquez se encuentra textura areno arcillosa y hacia el norte predomina el fango; frente a Oquendo las texturas son fango y arena arcillosa. Sedimentos de grano fino, con textura limo arcillosa y arcillo limosa existen en el fondo marino de zonas más profundas y alejadas de la costa; pero también están cerca de la costa, al sur y suroeste de la zona de operaciones portuarias, frente a Chucuito y La Punta. Texturas de arena se registraron al norte del río Chillón (La Pampilla y Ventanilla), en los alrededores del banco Camotal y frente a La Punta. En las áreas más profundas y abrigadas de la bahía, los sedimentos con granulometría muy fina presentan valores negativos de asimetría, característicos de ambientes de sedimentación. En sectores donde existen sedimentos de grano más grueso ocurren procesos de transporte (tipo y forma de ondulaciones) y erosión, apreciables en imágenes del fondo, y en el análisis de parámetros estadísticos. Los altos contenidos de materia orgánica se encuentran asociados a sedimentos de grano fino en ambientes de sedimentación principalmente, está condicionado por la tasa de aporte y origen (antrópico, marino o continental) y por las condiciones de escaso oxígeno que favorecen su preservación. Los más bajos contenidos orgánicos frente a la zona costera de Ventanilla, están asociadas a sedimentos con predominancia de fracciones de arena y origen terrígeno y mayor oxigenación.

Producción primaria en el ambiente marino en el Pacífico sudeste, Perú, 1960-2000

Los resultados de investigación sobre producción primaria dentro del alcance interdisciplinario del ambiente marino frente a la costa peruana incluyen estudios nacionales, extranjeros y de investigación conjunta a través de proyectos internacionales (1960-2000). La circulación en la costa peruana es dominada por una corriente hacia el ecuador en una capa de 20 a 50 m. La estructura de plumas del afloramiento se presenta en cada área y podría ser la clave para el desarrollo de cadenas cortas y productivas: fitoplancton peces clupeidos. La distribución de nutrientes sigue la pluma de temperatura, con altos valores en la costa y bajos lejos de la costa; la clorofila muestra mínimos valores cerca de la costa (10 mn) que se incrementa al alejarse. El crecimiento del fitoplancton en aguas peruanas, varía de 0,5 a 0,8 d/d. En aguas recién afloradas el crecimiento es limitado por falta de “condicionamiento biológico” y de compuestos orgánicos (15°S). Estos tipos de agua pueden estar relacionados con las “aguas azules” de altos nutrientes y pobre fitoplancton con células de pequeño tamaño (clorofila <2 μg/L) y con “aguas marrones” con denso fitoplancton, (clorofila >5 μg/L), mayor diversidad y con células de diámetro >5μ. La media de producción primaria fue 3 gC/m2/d (1960-1985), comparable a la mayoría de estudios en los cuales varía entre 3 y 4 gC/m2/d en la franja costera, el último valor es altamente variable en espacio, siendo más frecuente dentro de 10 km. Valores mayores de 12 gC/m2/d se encontraron en el afloramiento de Chimbote. El Niño, La Niña y fases del ENSO, afectan la producción primaria. Las temperaturas bajas originan cambios en la composición química del fitoplancton y reducen el índice de productividad mgC/mgclor-a/d que también es atribuido a limitaciones de luz.

Tacticas de superficie

Programas, proyectos y red de portales

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