Effects of Particulate Matter on Skin Melanocytes

Abstract

Air pollution is now a well-recognized human health risk factor. While the evidence for the adverse effects of air pollution, especially Particulate Matter (PM) on human health has been accumulating, few studies have been done about the effects on the skin that is the organ of outermost barrier in direct contact with various air pollutants. And its underlying mechanism has not been fully established yet. We examined the effect of various concentrations of PM10 on melanocytes using murine melanoma cell, B16F10, and human 3D artificial pigmented skin tissue, MelanoDerm™. When B16F10 cells were treated with PM10, the amount of intra melanin increased while extra melanin decreased in a dose-dependent manner with little impact on cell viability. We investigated mRNA expression of tyrosinase, TRP-1 and TRP-2, the key enzymes in melanogenesis, using real-time PCR. The mRNA levels of tyrosinase and TRP-1 were not significantly different from the control group, but TRP-2 was increased. Decreased activity of cellular tyrosinase from PM10 treated B16F10 was observed in a dose-dependent manner. In MelanoDermTM, exposure to PM10 for 16 days induced darker tissue but histologically it was confirmed that the control group and the PM10-treated group showed no difference. The melanin was increased at low concentration of PM10, but deceased at high concentration. Interestingly, melanocyte activation was observed in all PM10-treated group. In addition, it was identified that the uneven distribution of B16F10 cells was due to cell death by ROS induced by PM10. Our results show that PM10 may cause both hyperpigmentation and toxicity in melanocytes, and the toxicity can lead to a decrease in melanin, which can obscure pigmentation responses.;현재 대기오염은 잘 알려진 건강을 위협하는 요소이다. 그 중 미세먼지에 대한피해가 계속 알려지고 있지만 인체의 가장 바깥 쪽에 있어 공기 중의 오염물질과 직접적으로 접촉하는 피부에 대한 영향에 대한 연구는 적다. 또한 그 영향의 기전 또한 거의 밝혀지지 않았다. 우리는 미세먼지가 멜라닌세포에 미치는 영향을 쥐의 흑색종 세포인 B16F10과 3D 인공 피부 모델인 MelanoDermTM을 가지고 여러 농도에서 확인하였다. 미세먼지를 B16F10에 처리했을 때, 세포 생존율에는 적은 영향을 미치면서 세포 내 멜라닌의 양은 증가시켰고 세포 외 멜라닌은 감소시켰다. 멜라닌 생성에 중요한 효소인 tyrosinase, TRP-1, TRP-2의 mRNA 발현을 real-time PCR을 통해 확인하였더니 tyrosinase, TRP-1의 mRNA 발현은 대조군에 비해 통계적으로 유의한 증가를 보이지 않았지만 TRP-2는 증가했다. 세포에서 얻은 tyrosinase의 활성은 PM10의 농도와 비례하게 감소하였다. MelanoDermTM을 PM10에 16일 간 이틀에 한 번 처리하였더니 대조군과 조직학적 차이를 나타내지 않으면서 대조군보다 어두워졌다. 낮은 농도에서 멜라닌의 증가가 나타났으나 높은 농도에서는 오히려 감소하였고, 모든 농도에서 멜라닌세포의 활성화가 나타났다. 앞서 B16F10에서 나타난 세포의 불균형한 분포는 ROS의 증가로 인한 세포사에 의함이 밝혀졌다. 이 결과들은 종합적으로 PM10이 멜라닌세포에서 과색소침착과 독성을 모두 일으키며 그 독성에 의해 멜라닌이 감소될 수 있다는 것을 알려주었다.