Neue Forschungen haben erstmals Hämoglobin in der obersten Schicht der menschlichen Haut entdeckt und herausgefunden, dass es dabei hilft, die Haut vor Schäden zu schützen. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Erkenntnisse über das Altern und Hautkrankheiten wie Krebs. Hämoglobin bindet bekanntermaßen Sauerstoff im Blut und transportiert ihn von der Lunge zum Gewebe. Eine neue Studie kommt jedoch zu dem Schluss, dass Hämoglobin noch eine andere Rolle spielt: es schützt unsere Haut vor Schäden.
Die Forscher wollten verstehen, wie die Epidermis – die äußerste Hautschicht – uns vor Umwelteinflüssen wie UV-Strahlen schützt. Deshalb untersuchten sie, was auf molekularer Ebene in der Haut vor sich geht.
Masayuki Amagai, der korrespondierende Autor der Studie, sagte: „Die Epidermis besteht aus keratinisiertem, geschichtetem Plattenepithel, das hauptsächlich aus Keratinozyten besteht. Frühere Studien haben gezeigt, dass sie während des Prozesses der Keratinozytendifferenzierung und der Bildung der äußeren Hautbarriere eine Vielzahl von Genen mit Schutzfunktionen exprimieren. Aufgrund der Schwierigkeit, eine ausreichende Anzahl isolierter, terminal differenzierter Keratinozyten für die Transkriptomanalyse zu erhalten, gibt es jedoch auch andere Barriere-bezogene.“ Gene entgingen dem vorherigen Schutz.“
Epidermale Keratinozyten stammen aus der tiefsten Hautschicht (der Basalschicht) und wandern nach oben, um nach der Differenzierung mehrere Schichten zu bilden. Während der Differenzierungsphase von Keratinozyten wurde die Expression verschiedener Gene mit schützender Barrierefunktion entdeckt und Krankheiten wie Neurodermitis werden durch genetische Mutationen verursacht.
Um unbekannte Moleküle zu identifizieren, die an Hautbarrieremechanismen beteiligt sind, analysierten die Forscher stark exprimierte Gene in der gesamten Epidermis und oberen Epidermis gesunder menschlicher Haut, die den Oberschenkeln und Oberarmen von drei Personen entnommen wurden, sowie in der Haut von Mäusen. Sie entdeckten unerwartet, dass die HBA1/2-Gene, die für Alpha-Globulin, eine der Proteinuntereinheiten von Hämoglobin, kodieren, in der oberen Epidermis der menschlichen Haut stark exprimiert werden. In ähnlicher Weise wird Hba-a1/a2 (entspricht menschlichem HBA1/2) auch in der oberen Epidermis in der Haut von Mäusen stark exprimiert.
„Wir haben eine vergleichende Transkriptomanalyse der gesamten Epidermis und der oberen Epidermis durchgeführt, bei denen es sich um Zellschichten handelt, die mithilfe von Enzymen aus der Haut von Menschen und Mäusen isoliert wurden“, sagte Amagai. „Wir fanden heraus, dass die Gene, die für die Produktion von Hämoglobin verantwortlich sind, in der oberen Epidermis hochaktiv sind. Um diesen Befund zu bestätigen, verwendeten wir eine Immunfärbung, um das Vorhandensein von Hämoglobin-Alpha-Protein in Keratinozyten in der oberen Epidermis zu untersuchen.“
Forscher bestrahlten die Haut getrennt mit UVA und UVB und fanden heraus, dass UVA (jedoch nicht UVB) die Expression von HBA1/2 in epidermalen Keratinozyten induzieren konnte. UVA-Bestrahlung ist die Hauptursache für durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) verursachte Keratinozytenschäden. Im Vergleich zur Kontrollgruppe waren die intrazellulären ROS-Spiegel von HBA-Knockout-Keratinozyten signifikant erhöht, was darauf hindeutet, dass die Expression von HBA induziert wird, um die UVA-induzierte ROS-Erzeugung in epidermalen Keratinozyten zu hemmen.
Mitochondrien – die Energieproduzenten der Zellen – reagieren besonders empfindlich auf überschüssige ROS, die durch UV-Strahlung erzeugt werden, und eine durch UV-Strahlung verursachte mitochondriale Dysfunktion führt direkt zu Hautschäden, die auch als Lichtalterung bezeichnet werden.
„Unsere Studie zeigt, dass epidermales Hämoglobin unter oxidativem Stress hochreguliert wird und die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies in menschlichen Keratinozytenkulturen hemmt“, sagte Amagai. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Hämoglobin Alpha Keratinozyten vor äußerem oder innerem oxidativem Stress wie ultravioletter Strahlung und beeinträchtigter Mitochondrienfunktion schützt. Daher stellt die Hämoglobinexpression durch Keratinozyten einen endogenen Abwehrmechanismus gegen Hautalterung und Hautkrebs dar.“
Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse wichtige Implikationen für die Untersuchung von ROS-bedingten Hautkrankheiten wie Alterung und Krebs liefern.
Die Studie wurde im Journal of Investigative Dermatology veröffentlicht.