Pleiotrophin inhibits melanogenesis in normal human melanocyte

Abstract

Pleiotrophin (PTN) is a secreted heparin-binding protein that is involved in various biological functions of cell growth and differentiation. Little is known about the effects of PTN on the melanocyte function and skin pigmentation. In this study, we investigated whether PTN would affect melanogenesis. PTN was expressed in melanocytes and fibroblasts of human skin. Transfection studies revealed that PTN decreased melanogenesis, probably through MITF degradation via Erk1/2 activation in melanocytes. The inhibitory action of PTN in pigmentation was further confirmed in ex vivo cultured skin and in the melanocytes co-cultured with fibroblasts. These findings suggest that PTN is a crucial factor for the regulation of melanogenesis in the skin.

배경 및 목적: 표피의 멜라닌 세포에서 생성되는 멜라닌은 멜로노좀을 형성하여 각직형성세포로 이동을 하여 색소 침착을 한다. 멜라닌 세포와 근접해있는 각질형성세포와 섬유아세포들 간의 상화작용은 멜라닌 합성에 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 각질형성세포에서 a-MSH와 endothelin-1은 UV의해 분비를 증가시켜 색소침착을 유발한다. 반대로 손바닥이 하얗게 하는 원인인 DKK1은 섬유아세포로부터 분비되어 조절된다. 이밖에도 neuregulin-1, stem-cell factor, c-kit과 같은 물질에 의해 기미와같은 색소침착 병변을 유발 시킨다. Pleiotrophin (PTN)은 heparin-binding 분비 단백질로써 세포 증식, 분화 과정과 같은 다양한 기능에 관련있는 물질로 알려져 있다. 최근 PTN은 간섬유증과 상처 치유 과정에 관련있다고 보고되었다. 또한 PTN 유전자 발현은 platelet-derived growth factor(PDGF),retinoic acid 그리고 호르몬과 같은 자극에 의해 조절이 된다. 이러한 발견들은 조직의 항상성과 재생적인 다양한 측면에서 PTN의 조절에 의함을 제안하다. PTN은 피부에서 발현하며 PTN 유전자의 발현이 비대성의 상처와 피부상처 치료시 과발현함이 보고되었다. 또한 마우스의 섬유아세포에서 유래된 PTN은 인간 각질형성세포의 증식을 증가시킴을 확인하였다. 하지만 멜라닌 세포에서의 기능과 효과에 대한 연구는 아직까지 연구가 없었다. 우리는 이 연구에서 PTN이 인체 멜라닌 세포에서 MITF-Erk 신호체계를 통해 멜라닌 합성을 저해시킴을 밝혔다. 결과: PTN의 발현을 멜라닌 세포, 각질형성세포, 섬유아세포와 조직에서 관찰을 한 결과 멜라닌 세포와 섬유아세포에서 발현함을 확인 하였다. PTN의 수용체는 세 세포 모두 가지고 있었으며 섬유아 세포에서 PTN의 발현이 멜라닌세포보다 약 50배 높다. PTN 아데노바이러스를 통해 멜라닌세포에 PTN을 과발현 시켰을 때 melanin contents, tyrosinase activity와 MITF, Tyrosinase 단백질 발현이 감소 하였다. 반대로 PTN shRNA를 통해 PTN의 발현을 저해시켰을 땐 결과가 반대로 증가함을 보였다. 섬유아세포에서 발현하는 PTN의 역할을 알기위에 멜라닌 세포와 PTN 과발현 섬유아세포와 PTN이 발현이 억제된 섬유아세포를 함께 배양하였다. PTN 과발현 섬유아세포와 함께 배양한 멜라닌 세포에서 melanin contents와 tyrosinase activity가 감소 하였으며 PTN이 발현이 저해된 섬유아세포와 함께 배양한 멜라닌 세포에서는 반대 결과를 볼 수 있었다. 또한 ex vivo배양에서 역시 PTN이 있는 조직에서 색소침착이 감소함을 확인하였다. 결론: Pleiotrophin(PTN)은 MITF-Erk 신호를 통해 p-Erk가 활성됨에 따라 MITF가 분해가 되어 멜라닌 합성을 감소시키는 메커니즘을 확인하였다. 향후 PTN이 멜라닌 합성을 조절하는 주요 단백질로 활용할 수 있으며, 색소침착과 과색소 병변의 치료에 사용됨을 기대해 볼 수 있다.