Mechanism of α-MSH-induced intracellular ROS generation and its contribution to skin pigmentation in melanocytes

Abstract

Skin pigmentation is primarily determined by the production of melanin, a pigment synthesized by melanocytes in the epidermis. Melanin synthesis is physiologically initiated by the peptide hormone alpha-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH). Reactive oxygen species (ROS) play a significant role in this process by acting as secondary messengers in the signaling pathways that regulate melanin production. The balance between ROS production and antioxidant defenses is crucial, as excessive ROS levels can lead to oxidative stress, impacting both pigmentation processes and melanoma progression. This study aimed to investigate the mechanism of α-MSH-induced intracellular ROS generation and its role in promoting skin pigmentation in melanocytes. Results indicated that α-MSH stimulation led to the generation of ROS in both B16F10 and MNT-1 melanoma cells, predominantly from cytosolic sources rather than mitochondria. This was confirmed using confocal microscopy and further validated by observing increased expression of NADPH oxidase enzymes NOX1 and NOX4 through western blotting. Inhibiting NOX1 and NOX4 in MNT-1 cells reduced ROS levels and α-MSH-induced melanin production, indicating that NOX-derived ROS plays a crucial role in melanogenesis. Additionally, RNA sequencing of MelanoDerm™, a pigmented tissue model treated with α-MSH, showed significant upregulation of melanogenesis-related genes and some changes in oxidative stress-related factors. These findings may provide an insight into the understanding of the role of ROS as a regulator of melanogenesis.;피부 색소침착은 주로 표피의 멜라닌세포에서 합성되는 색소인 멜라닌의 생성에 의해 결정됩니다. 멜라닌 합성은 생리학적으로 펩타이드 호르몬인 알파-멜라노사이트 자극 호르몬(α-MSH)에 의해 촉진됩니다. 활성산소종(ROS)은 멜라닌 생성을 조절하는 신호 전달 경로에서 2차 전달자 역할을 함으로써 중요한 역할을 합니다. ROS의 생성과 항산화 방어체제 사이의 균형이 중요하며, 과도한 ROS 수준은 산화 스트레스를 초래하여 색소침착 과정과 멜라노마 진행에 영향을 미칠 수 있습니다. 본 연구에서는 α-MSH에 의한 세포 내 ROS 생성 메커니즘과 멜라닌 세포에서 이러한 ROS가 피부 색소 침착을 촉진하는 역할을 규명하고자 했습니다. 연구 결과에 따르면, α-MSH 자극은 B16F10 세포와 MNT-1 멜라노마 세포 모두에서 주로 세포질에서 ROS 생성을 유도하였습니다. 이는 공초점 현미경을 사용하여 다시 한번 확인하였고, 웨스턴 블롯팅을 통해 NADPH 산화효소인 NOX1과 NOX4의 발현 증가를 관찰함으로써 추가로 입증되었습니다. MNT-1 세포에서 NOX1 및 NOX4 억제제를 사용한 결과, ROS 수준이 감소하고 α-MSH에 의해 유도된 멜라닌 생성이 줄어들어, NOX 유래 ROS가 멜라닌 합성 경로에서 중요한 역할을 한다는 것을 나타냈습니다. 추가로, 인공피부조직 모델인 MelanoDerm™에 α-MSH 처리 후 RNA 시퀀싱 결과, 멜라닌 합성 경로 관련 유전자의 발현이 크게 증가하였고 산화 스트레스 관련 인자에서도 일부 변화가 관찰되었습니다. 이러한 연구 결과는 멜라닌 생성 조절자로서 ROS의 역할에 대한 이해를 제공할 수 있습니다.