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背景：哺乳類における皮膚と毛の色素沈着は、メラノソームのメラノソームの周囲のケラチノサイトへの細胞間移動によって駆動されますが、詳細な分子メカニズムは依然として調査の対象です。 目的：メラノサイトの形態学的変化とメラニン細胞間のメラノソーム移動に対するN-メチル-D-アスパラギン酸（NMDA）受容体依存性シグナル伝達経路の効果を調査する。 方法：ヒトメラニン細胞におけるNMDA受容体の発現と細胞内分布を、ウエスタンブロットと免疫蛍光染色によって分析しました。メラニン細胞は、100μMNMDA受容体拮抗薬MK-801 [（+）-5-メチル-10,11-ジヒドロ-5H-ジベンゾ[A、D] Cyclohepten-5,10-イミンマレイン剤]および100μMNMDA受容体アグニストNMDAで処理しました。その後、メラノサイト樹状突起と糸状仮足の形態学的変化は、走査型電子顕微鏡によって観察されました。β-チューブリン分布と細胞内カルシウム濃度（[Ca2+] I）は、それぞれ同じ処理下で免疫蛍光染色とフローサイトメトリーによって観察されました。さらに、メラニン細胞と角化細胞はMK-801の治療の有無にかかわらず共培養され、メラノソーム移動効果はフローサイトメトリーによって分析されました。 結果：ヒトの表皮メラニン細胞が、イオントロピックグルタミン酸受容体（Iglur）の1つのサブタイプであるNMDA受容体1を発現することを示しています。NMDA受容体のアゴニストによる刺激は、メラニン細胞糸状仮足の数を増加させました。対照的に、NMDA受容体の拮抗薬の閉塞はメラニン細胞糸状仮足の数を減少させ、この形態学的変化は細胞内細胞骨格におけるβ-チューブリンミクロフィラメントの混乱を伴いました。メラノサイト - ケラチノサイトの共培養では、多数のメラニン細胞糸状仮足がケラチノサイト血漿膜に接続します。NMDA受容体のアゴニストは、ケラチノサイトへのメラニン細胞糸状仮足付着の数が増加し、NMDA受容体の拮抗薬は減少しました。さらに、NMDA受容体の拮抗薬は、メラニン細胞の細胞内カルシウム濃度を減少させ、メラノソーム移動の有効性を低下させました。 結論：我々のデータは、糸状仮足送達がメラノサイトと角化細胞間のメラノソーム移動の主要なモードであることを示唆しています。NMDAはメラノソームの送達とメラニン細胞への直接的な形態学的効果を促進することによりメラノソームの移動を促進しますが、MK-801は細胞内β-チューブリンの再分布とメラノサイトとケラチノサイト間の糸状仮足送達に影響します。NMDA受容体依存性シグナル伝達は、カルシウム流入、細胞骨格タンパク質の再分布、樹状突起、糸状仮足形成に関連するメラノソーム移動に関与していると仮定します。メラノソーム移動の徹底的な理解は、皮膚の過剰および低染色障害の治療を設計するために重要です。
背景：哺乳類における皮膚と毛の色素沈着は、メラノソームのメラノソームの周囲のケラチノサイトへの細胞間移動によって駆動されますが、詳細な分子メカニズムは依然として調査の対象です。 目的：メラノサイトの形態学的変化とメラニン細胞間のメラノソーム移動に対するN-メチル-D-アスパラギン酸（NMDA）受容体依存性シグナル伝達経路の効果を調査する。 方法：ヒトメラニン細胞におけるNMDA受容体の発現と細胞内分布を、ウエスタンブロットと免疫蛍光染色によって分析しました。メラニン細胞は、100μMNMDA受容体拮抗薬MK-801 [（+）-5-メチル-10,11-ジヒドロ-5H-ジベンゾ[A、D] Cyclohepten-5,10-イミンマレイン剤]および100μMNMDA受容体アグニストNMDAで処理しました。その後、メラノサイト樹状突起と糸状仮足の形態学的変化は、走査型電子顕微鏡によって観察されました。β-チューブリン分布と細胞内カルシウム濃度（[Ca2+] I）は、それぞれ同じ処理下で免疫蛍光染色とフローサイトメトリーによって観察されました。さらに、メラニン細胞と角化細胞はMK-801の治療の有無にかかわらず共培養され、メラノソーム移動効果はフローサイトメトリーによって分析されました。 結果：ヒトの表皮メラニン細胞が、イオントロピックグルタミン酸受容体（Iglur）の1つのサブタイプであるNMDA受容体1を発現することを示しています。NMDA受容体のアゴニストによる刺激は、メラニン細胞糸状仮足の数を増加させました。対照的に、NMDA受容体の拮抗薬の閉塞はメラニン細胞糸状仮足の数を減少させ、この形態学的変化は細胞内細胞骨格におけるβ-チューブリンミクロフィラメントの混乱を伴いました。メラノサイト - ケラチノサイトの共培養では、多数のメラニン細胞糸状仮足がケラチノサイト血漿膜に接続します。NMDA受容体のアゴニストは、ケラチノサイトへのメラニン細胞糸状仮足付着の数が増加し、NMDA受容体の拮抗薬は減少しました。さらに、NMDA受容体の拮抗薬は、メラニン細胞の細胞内カルシウム濃度を減少させ、メラノソーム移動の有効性を低下させました。 結論：我々のデータは、糸状仮足送達がメラノサイトと角化細胞間のメラノソーム移動の主要なモードであることを示唆しています。NMDAはメラノソームの送達とメラニン細胞への直接的な形態学的効果を促進することによりメラノソームの移動を促進しますが、MK-801は細胞内β-チューブリンの再分布とメラノサイトとケラチノサイト間の糸状仮足送達に影響します。NMDA受容体依存性シグナル伝達は、カルシウム流入、細胞骨格タンパク質の再分布、樹状突起、糸状仮足形成に関連するメラノソーム移動に関与していると仮定します。メラノソーム移動の徹底的な理解は、皮膚の過剰および低染色障害の治療を設計するために重要です。
BACKGROUND: The pigmentation of skin and hair in mammals is driven by the intercellular transfer of melanosome from the melanocyte to surrounding keratinocytes However, the detailed molecular mechanism is still a subject of investigation. OBJECTIVE: To investigate the effects of N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptor-dependent signaling pathway on melanocyte morphologic change and melanosome transfer between melanocytes and keratinocytes. METHODS: The expression and the intracellular distribution of NMDA receptor in human melanocyte were analyzed by Western blot and immunofluorescence staining. Melanocytes were treated with 100μM NMDA receptor antagonist MK-801 [(+)-5-methyl-10,11-dihydro-5H-dibenzo[a,d] cyclohepten-5,10-imine maleate] and 100μM NMDA receptor agonist NMDA, after which the morphological change of melanocyte dendrites and filopodias were observed by scanning electron microscope. The β-tubulin distribution and intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) were observed by immunofluorescence staining and flow cytometry under the same treatment respectively. In addition, melanocytes and keratinocytes were co-cultured with or without treatment of MK-801, and the melanosome transfer efficacy were analyzed by flow cytometry. RESULTS: We show that human epidermal melanocytes expresses NMDA receptor 1, one subtype of the ionotropic glutamate receptors (iGluRs). Stimulation with agonist of NMDA receptor increased the number of melanocyte filopodia. In contrast, blockage of NMDA receptor with antagonist decreased the number of melanocyte filopodia and this morphological change was accompanied by the disorganization of β-tubulin microfilaments in the intracellular cytoskeleton. In melanocyte-keratinocyte co-cultures, numerous melanocyte filopodia connect to keratinocyte plasma membranes; agonist of NMDA receptor exhibited an increased number of melanocyte filopodia attachments to keratinocyte, while antagonist of NMDA receptor led to a decreased. Moreover, antagonist of NMDA receptor decreased the intracellular calcium concentration in melanocytes and reduced the efficacy of melanosome transfer. CONCLUSION: Our data suggest that filopodia delivery is the major mode of melanosome transfer between melanocytes and keratinocytes. NMDA drives melanosome transfer by promoting filopodia delivery and direct morphological effects on melanocytes, while MK-801 affects the intracellular β-tubulin redistribution and the filopodia delivery between melanocytes and keratinocytes. We hypothesize that NMDA receptor-dependent signaling is involved in melanosome transfer, which is associated with calcium influx, cytoskeleton protein redistribution, dendrites and filopodia formation. A thorough understanding of melanosome transfer is crucial for designing treatments for hyper- and hypo-pigmentary disorders of the skin.
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