تیروزیناز بهترین هدف طراحی دارو در روشن سازی پوست

بازار جهانی روشن کننده های پوست

تخمین زده می شود که تقریباً 15 درصد از جمعیت جهان سرمایه گذاری بر روی عوامل سفید کننده پوست را در دست دارند که بخش عمده از این سرمیاه گذاری مربوط به آسیا می باشد. بر مبنای اطلاعات حاصل از آنالیز های آماری تحلیلگران صنعتی مشخص شده است، بازار جهانی روشن‌کننده‌های پوست در سال 2020 چیزی بیش از 23 میلیارد دلار بوده که تحت تأثیر بازارهای جدید در آسیا، به ویژه هند، ژاپن و چین می باشد.

طبق گزارش SIRONA biochem، حدود 13 میلیارد دلار برای محصولات مراقبت از پوست و لوازم آرایشی در آسیا و اقیانوسیه هزینه شده است. تنها در هند، تخمین زده می شود که 432 میلیون دلار در سال 2010 برای کرم های روشن کننده پوست و عوامل مراقبت از پوست هزینه شده است. یک نظرسنجی اخیر نشان داد که 80٪ از مردان هندی از کرم های مراقبتی استفاده می کنند و تعداد مصرف کنندگان سالانه 18٪ افزایش می یابد. مکانیسم مولکولی این عوامل روشن کننده پوست کاهش ملانین است که منبع اصلی رنگ پوست می باشد.

ساختار کلی پوست

پوست بزرگترین عضو منفرد بدن است که 15 تا 20 درصد كل وزن بدن را تشکیل می دهد. در بالغین پوست سطحی معادل2 متر مربع را می پوشاند به این عضو، integument  به معنی پوشش یا همچنین لایه جلدی cutaneouslayer  نیز می گویند.

پوست شامل دو بخش است: روپوست یااپیدرمepidermis  که لایه ای اپی تلیالی با منشاء اکتودرم است، و میان پوست یا درم dermis  که لایه ای از بافت همبند با منشاء مزودرمی است. محل اتصال درم و اپیدرم نامنظم است. بیرون زدگی های درم به نام پاپیلا و فرورفتگی های اپی درم به نام ستیغ های اپیدرمی در هم فرو می روند. غدد عرق و سباسه، ناخن و مو از اپیدرم مشتق می شوند.

پیشنهاد: دوره بیوانفورماتیک پروتئین یک دوره جامع و عمومی با کاربرد گسترده در حوزه‌های مختلف زیست‌شناسی است، با شرکت در دوره بیوانفورماتیک پروتئین تمامی مهارت‌های لازم برای کار با پروتئین‌ها رو کسب می‌کنی.

ثبت‌نام در دوره بیوانفورماتیک پروتئین

در زیر درم، بافت زیر جلدی یا هایپودرم hypodermis  قرار دارد. هایپودرم از بافت همبند سست تشکیل شده است و ممکن است حاوی بالشتکهایی از بافت چربی باشد. هایپودرم پوست را به سستی به بافتهای زیرین متصل می کند. سلول های مختلفی با نقش های متفاوت در یک پارچگی و عملکرد فیزیولوژیک پوست نقش دارند که در این مقاله ما بر روس سلول های ملانوسیت متمرکز هستیم.

ساختار و نقش ملانوسیت ها در پوست

عوامل متعددی در تعیین رنگ پوست دخیل اند که مهمترین آنها عبارتند از: مقدار ملانین melanin و کاروتن (carotene) در کراتینوسیتها و تعداد عروق خونی که در درم در وجود دارد. يوملانین رنگ دانه قهوه ای تیره ای است که توسط ملانوسیتها ساخته می شود. ملانوسیتها سلولهای تخصص یافته اپیدرم هستند که در طبقه قاعده ای و فولیکول های مو یافت می شوند.

فئوملانین رنگدانه مشابهی است که در موهای قرمز یافت می شود. منشاء ملانوسیت ها از سلول های ستیغ عصبی است. سلولهای ملانوسیت به لایه قاعده ای اپیدرم در حال تکامل مهاجرت نموده و تجمع می یابند. بطوریکه به ازاء هر ۵ تا ۶ کراتینوسیت یک ملانوسیت وجود خواهد داشت ( ۶۰۰-۱۲۰۰ عدد در هر میلیمتر مربع پوست).

ملانوسیتها تنه سلولی گردی داشته و توسط همی دسموزم به تیغه قاعده ای متصل می شوند اما بین آنها و کراتینوسیتهای مجاور هیچگونه دسموزمی بوجود نمی آید. زوائد دندریتیک نامنظم و طویل هر ملانوسیت در بین سلولهای اپیدرم منشعب می شوند. این زوائد، بین سلولهای طبقه قاعده ای و خاردار نفود می کنند و درون فرورفتگی های موجود در ۱۰-۵ کراتینوسیت مجاور خود ختم می شوند.

ملانوسیت سلول روشنی است که حاوی میتوکندری های کوچک فراوان، دستگاه گلژی کاملا تکامل یافته و سیسترن های کوتاهی از شبکه اندوپلاسمی خشن RER  می باشد.

ملانین و ملانوزم در سلول های ملانوسیت پوست

ملانین در ملانوسیت ها ساخته می شود و تیروزیناز، نقش مهمی در این روند ایفا می کند. تیروزیناز و پروتئینهای مربوط به تیروزیناز پروتئین های خلال غشایی هستند که در شبکه اندوپلاسمی خشن ساخته شده و در دستگاه گلژی تجمع می یابند. فعالیت تیروزیناز، تیروزین را ابتدا به ۳و ۴- دی هیدروکسی فنیل آلانین یا دوپا dopa  تبدیل می کند.

این ماده نیز پس از یک سری تغییرات پلیمریزه شده ملانین را ایجاد می کند. در وزیکولها این رنگدانه سپس به ماتریکسی از پروتئینهای ساختمانی متصل می شود. ملانین در این وزیکولها جمع می شود تا اینکه آنها گرانولهای بالغ را که ملانوزم نامیده می شوند، ایجاد کنند. ملانوزمها ساختمانهای بیضوی به طول یک میکرومتر هستند.

پیشنهاد: افزایش فرصت‌های شغلی و تحقیقاتی با شرکت در دوره بیوانفورماتیک عمومی.

ثبت‌نام در دوره بیوانفورماتیک عمومی

گرانولهای ملانین پس از تشکیل با کمک کینزین در طول میکروتوبولها به نوک زوائد ملانوسیت که غنی از اکتین هستند، منتقل می شوند. نوک این زوائد توسط کراتینوسیتهای لایه های قاعده ای و خاردار فاگوسیت شده و فاگوزوم حاصله با لیزوزم یکی می شود و مواد درون آن هضم می گردد. این گرانولها با کمک دینیئن در طول میکروتوبولها حرکت کرده و به ناحیه نزدیک هسته منتقل می شوند.

در این ناحیه ملانوزمها رها می شوند. در هر کراتینوسیت، ملانوزمها تشکیل کلاهک فوق هسته ای را می دهند که نور خورشید را جذب و پراکنده نموده و DNAی هسته را از اثرات مخرب اشعه UV حفاظت می کند. گرچه ملانوسیتها ملانین را می سازند، سلول های اپی تلیال نقش مخزن را برای ذخیره رنگدانه دارند بطوری که بیشتر از ملانوسیتها رنگدانه دارند.

پیشنهاد: میزکار طراحی دارو وانیار امکان طراحی دارو با روشهای مختلف هایتروپوت، ریورس فارماکولوژی و عصاره های گیاهی را فراهم می کند. برای مشاهد پلن های کاربری به صفحه طراحی دارو وارد شوید: ورود به صفحه طراحی دارو.

یک ملانوسیت به همراه همه کراتینوسیت هایی که ملانوزم آنها را تأمین می نماید، واحد اپی درمال – ملانین را تشکیل می دهند. تعداد این واحدها در همه افراد یکسان است. ملانوسیتهای افرادی که در نزدیک استوا ساکن هستند به دلیل نیاز بیشتر به حفاظت در برابر خورشید، سریعتر گرانول ملانین تولید می نمایند و در کراتینوسیتهای این افراد گرانولهای ملانین بیشتری جمع می شود. تشعشعات UV بر روی کراتینوسیتها اثر گذارده و آنها را وادار به تولید فاکتورهای پاراکرین می کنند که فعالیت ملانوسیتها را تحریک می کند.

تیره شدن پوست (Tanning) بعد از حمام آفتاب ( طول موج ۲۰۰-۳۲۰nm) به علت یک روند دو مرحله ای است. نخست در واکنشی فیزیکی شیمیایی ملانین موجود تیره تر شده و سپس، با افزایش سرعت ساخت ملانین در ملانوسیت ها، ملانین به سرعت به داخل کراتینوسیتها منتقل می شود و در نتیجه مقدار این رنگدانه نیز افزایش می یابد.

اهمیت و نقش ملانین در پوست

ملانین مسئول اصلی رنگدانه پوست و چشم است، که از ملانوسیت های اپیدرم به نسبت تقریبی 1:36 با کراتینوسیت های (لایه پایه) تولید می شود. در پاسخ به تابش اشعه ماوراء بنفش (UVB)، ملانوسیت ملانین را از طریق فرآیندی به نام ملانوژنز سنتز می کند. ملانین سنتز شده در ملانوزوم ها به کراتینوسیت های همسایه در اپیدرم منتقل می شود.

در شرایط فیزیولوژیکی نرمال، رنگدانه تأثیر مفیدی بر محافظت از پوست انسان در برابر آسیب های مضر UV دارد و نقش تکاملی مهمی در استتار و تقلید حیوانات ایفا می کند. با این حال، تولید بیش از حد ملانین باعث مشکلات پوستی مانند کک و مک(freckles)، لکه های پیری (solar lentigo)، ملاسما و همچنین سرطان و ملانودرمای پس از التهاب می شود.

علاوه بر این، تابش مداوم اشعه ماوراء بنفش می تواند منجر به آسیب DNA، جهش ژنی، توسعه سرطان و اختلال در سیستم ایمنی یا پیری نور شود.

بیماری های پوستی مرتبط با عملکردهای فیزیلوژیک ملانوسیت

ملانومای بدخیم

ملانومای بدخیم یک تومور تهاجمی از ملانوسیت ها است. ملانوسیتهای تغییر شکل یافتهی بدخیم، سریعا تقسیم شده، به تیغه پایه نفوذ کرده و وارد درم می شوند. این سلولها از طریق رگهای خونی و لنفی در سراسر بدن منتشر می شود.

بیماری آدیسون

در انسان نبود کورتیزول قشر غده آدرنال باعث افزایش هورمون ACTH و ازدیاد رنگدانه پوست می شود. نمونه ای از آن بیماری آدیسون است که ناشی از اختلال عملکرد غده آدرنال می باشد.

بیماری زالی

زالی یا آلبینیسم (Albinism) ناتوانی ارثی ملانوسیتها برای ساخت ملانین است که در اثر فقدان فعالیت تیروزنیاز یا ناتوانی سلول در جذب تیروزین ایجاد می شود. لذا پوست این افراد در برابر اشعه خورشید محافظت نمی شود و متعاقب آن ابتلاء به کارسینومای سلول قاعده ای افزایش می یابد. (سرطانهای پوست).

بیماری ویتیلیگو

تخریب و محو کامل ملانوسیت ها باعث تشکیل لکه های فاقد رنگدانه در پوست می گردد که به آن ویتیلیگو یا لک و پیسVitiligo  می گویند.

تیروزیناز تارگت مطلوب در طراحی دارو

آنزیم تیروزیناز

تیروزیناز (EC 1.14.18.1) یک گلیکوپروتئین حاوی مس می باشد که از طریق یک مارپیچ آلفای عبور کننده از غشا در غشای ملانوزوم قرار دارد. تیروزیناز تنها توسط سلول های ملانوسیت تولید می شود.

پس از تولید و فرآوری آن در شبکه آندوپلاسمی و گلژی، به ملانوزوم ها منتقل می شود و در آنجا رنگدانه ملانین سنتز می شود. از نقطه نظر ساختاری، دو یون مس توسط سه باقیمانده هیستیدین احاطه شده اند که مسئول فعالیت کاتالیزوری تیروزیناز هستند. به طور خاص، در جایگاه فعال، دو یون مس با دی‌اکسیژن تعامل می‌کنند تا یک واسطه شیمیایی بسیار واکنش‌پذیر را تشکیل دهند که مستقیماً نقش مهم در فعالیت آنزیم دارد. تیروزیناز همچنین فرآیند تولید نوروملانین را کاتالیز می کند که در آن اکسیداسیون دوپامین، دوپاکینون ها را تولید می کند.

پیشنهاد: میزکار مدلسازی پروتئین وانیار امکان مدلسازی انواع پروتئین های تعیین ساختار نشده طبیعی و مهندسی شده را با روش های: همولوژی، بندکشی و ab initio فراهم می کند. برای مشاهد پلن های کاربری به صفحه مدلسازی و بررسی ساختار پروتئین وارد شوید: ورود به صفحه مدلسازی و بررسی ساختار پروتئین.

با این حال، تولید بیش از حد دوپاکینون ها منجر به آسیب عصبی و مرگ سلولی می شود. این نشان می دهد که تیروزیناز ممکن است نقش مهمی در تشکیل نوروملانین در مغز انسان ایفا کند و مسئول تخریب عصبی مرتبط با بیماری پارکینسون و بیماری هانتینگتون باشد. تیروزیناز همچنین در قهوه‌ای شدن سبزیجات و میوه‌ها در طول فرآیند پس از برداشت و تحویل نقش دارد که منجر به تخریب سریع می‌شود.

تیروزیناز در فرآیند پوست اندازی حشرات دارای نقشی مهم است. بنابراین، تنظیم سنتز ملانین با مهار آنزیم تیروزیناز انگیزه اصلی برای محققان در زمینه جلوگیری از هیپرپیگمانتاسیون است.

فرایند ملانوژنز در پوست و نقش آنزیم تیروزیناز

ملانوژنز یک مسیر پیچیده است که شامل ترکیبی از واکنش های آنزیمی و کاتالیز شده شیمیایی است. ملانوسیت ها دو نوع ملانین تولید می کنند: یوملانین (قهوه ای-سیاه) و فئوملانین (قرمز-زرد) که از ترکیب سیستئین یا گلوتاتیون تشکیل می شود.

فرآیند ملانوژنز با اکسیداسیون ال-تیروزین به دوپاکینونDQ  توسط آنزیم کلیدی تیروزینازTYR  آغاز می شود. کینون به دست آمده به عنوان بستری برای سنتز یوملانین و فئوملانین عمل می کند. تشکیل DQ یک مرحله محدود کننده سرعت در سنتز ملانین است زیرا باقیمانده زنجیره واکنش می تواند به طور خود به خود در یک مقدار pH فیزیولوژیکی انجام شود.

پیشنهاد: دوره جامع طراحی پرایمر یک فرصت طلایی برای یادگیری حرفه‌ای طراحی پرایمر با نرم‌افزارهای پرکاربرد در این حوزه است.

ثبت‌نام در دوره جامع طراحی پرایمر

پس از تشکیل DQ، برای تولید ایندولین، لکودواپاکروم (سیکلودوپا) تحت چرخه‌سازی درون مولکولی قرار می‌گیرد. تبادل ردوکس بین leukodopachrome و DQ باعث افزایش دوپاکروم و L-3،4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) می شود که همچنین یک بستر برای TYR است و دوباره توسط آنزیم به DQ اکسید می شود. دوپاکروم به تدریج تجزیه می شود و دی هیدروکسی اندولDHI  و دی هیدروکسی اندول-2-کربوکسی لیکاسید DHICA تولید می کند.

فرآیند بعدی توسط TRP-2 کاتالیز می شود که اکنون به عنوان دوپاکروم توتومراز  DCTشناخته می شود. در نهایت، این دی هیدروکسی اندول ها DHI وDHICA  به اوملانین اکسید می شوند. تصور میشود که TRP-1 اکسیداسیون DHICA به یوملانین را کاتالیز می کند. در کنار آن، DQ در حضور سیستئین یا گلوتاتیون به 5-S-cysteinyldopa یا glutothionyldopa تبدیل می شود.

اکسیداسیون بعدی باعث ایجاد واسطه های بنزوتیازین و در نهایت تولید فئوملانین می شود. اگرچه سه آنزیم TYR، TRP-1 و TRP-2 در مسیر ملانوژنز نقش دارند، تیروزیناز منحصراً برای ملانوژنز ضروری است.

در صورتی که قصد طراحی مولکول های پیشرو مناسب در زمینه روشن‌کننده‌های پوست را دارید می توانید از آنزیم تیروزیناز به عنوان هدف دارویی مناسب در این زمینه استفاده نمود. همان طور که مشاهده می شود جایگاه فعال آنزیم و آمینواسید های کلیدی در ساختار جایگاه فعال در شکل مشخص شده است.

مهار کننده های آنزیم تیروزیناز

از آنجایی که تیروزیناز یک آنزیم حیاتی در سنتز ملانین از طریق ملانوژنز است، مهم‌ترین و موفق‌ترین هدف برای مهارکننده‌های ملانوژنز است که مستقیماً فعالیت کاتالیزوری تیروزیناز را مهار می‌کنند.

پیشنهاد: برای آشنایی با روش‌های تعیین گونه‌های زیستی مقاله DNA Barcoding را مطالعه کنید.

بیشتر لوازم آرایشی یا روشن کننده های پوست که به صورت تجاری در دسترس هستند، مهارکننده های تیروزیناز می باشند. این واقعیت که مهارکننده‌ها تیروزیناز را هدف قرار می‌دهند می تواند به طور خاص ملانوژنز را بدون عوارض جانبی در سلول‌ها مهار کنند، زیرا تیروزیناز منحصراً توسط ملانوسیت‌ها تولید می‌شود.

بسیاری از مهارکننده‌های تیروزیناز به عنوان عوامل سفیدکننده پوست استفاده شده‌اند این درحالی می باشد که این مهارکننده ها با اشکالات و عوارض جانبی همراه هستند همین امر اهمیت تحقیقات و توسعه و ایجاد محصولات جدید در زمینه مهار آنزیم تیروزیناز و تولید سفیدکننده های جدید پوست را نشان می دهد.

نتیجه گیری:

با تسریع مرحله محدود کننده سرعت سنتز ملانین، تیروزیناز به یکی از مهمترین اهداف برای توسعه عوامل هیپوپیگمانت تبدیل شده است. در واقع، تیروزیناز مطالعه شده ترین هدف برای مهار ملانوژنز است. بنابراین، مهارکننده‌هایی که تیروزیناز را هدف قرار می‌دهند، ممکن است به طور خاص از ملانوژنز در سلول‌ها بدون عوارض جانبی دیگر جلوگیری کنند.

در نتیجه، در سال‌های اخیر، مهارکننده‌های متعددی برای مهار آنزیم تیروزیناز توسعه یافته‌اند. این آنزیم هدف مناسب در طراحی دارو برای محصولات محافظتی و روشن سازی پوست است.

منابع

کتاب بیوشیمی استرایر

کتاب بافت شناسی جان کوئیرا