Un approccio chimico allo studio delle feomelanine, i pigmenti dei capelli rossi

Amedeo Modigliani “Giovane dai capelli rossi in vestito da sera”, 1918, Barnes Foundation, Philadelphia, USA

Lucia Panzella

Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica Università di Napoli “Federico II”

2001 Laurea in chimica

2004 Dottorato di ricerca in Scienze Chimiche

2008 Dottorato di ricerca in Dermatologia Sperimentale

2007 Premio “L’Oreal Italia Per le Donne e la Scienza”

Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della “Federico II”

2003

Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Patologia Sistematica della “Federico II”

2009

Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della “Federico II”

2010

Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Patologia Sistematica della “Federico II”

2009

10 anni di chimica dei composti catecolici: dagli antiossidanti…

2001 Laurea in chimica

2004 Dottorato di ricerca in Scienze Chimiche

…alle melanine

2008 Dottorato di ricerca in Dermatologia Sperimentale

2007 Premio “L’Oreal Italia Per le Donne e la Scienza”

Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della “Federico II”

2003

Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della “Federico II”

2010

I capelli rossi: dall’uomo di Neanderthal ad oggi…

• Scarsa capacità di abbronzarsi • Bassi valori di minima dose eritemigena (MED)

• Elevata suscettibilità al danno attinico e ai tumori cutanei

FEOMELANINE

I pigmenti caratteristici dei capelli rossi: le feomelanine

EUMELANINE

Fotoprotettive

FEOMELANINE

Fototossiche

La definizione della struttura delle feomelanine è fondamentale per la definizione del loro ruolo biologico

Feomelanine: pigmenti di colore giallo-rosso contenenti azoto e zolfo, solubili in alcali

Eumelanine: pigmenti scuri contenenti azoto, insolubili in tutti i solventi

Prota, G. Melanins and Melanogenesis. Academic Press, San Diego (CA), 1992

La chimica delle melanine a Napoli

Rodolfo Nicolaus

Maria Bakunin

Giuseppe Prota

Bakunin, M.; Dragotti, G. Melanic pigments. Rendiconto dell'Accademia delle Scienze Fisiche e Matematiche, Naples 1904, 10, 222-240

Prota, G. Melanins and Melanogenesis. Academic Press, San Diego (CA), 1992

Biosintesi delle melanine

5:1

Principali difficoltà nell’analisi strutturale delle feomelanine

 Presenza in livelli molto bassi nei tessuti cutanei (<1%)  Forte aggregazione con la matrice proteica  Miscela complessa di polimeri eterogenei

POSSIBILI APPROCCI

Degradazione chimica Studio della chimica ossidativa dei precursori monomerici

Degradazione chimica

Melanina o tessuto pigmentato (ad es. capelli)

EUMELANINE PTCA

Napolitano, A.; Pezzella, A.; Vincensi, M. R.; Prota, G. Tetrahedron 1995, 51, 5913-5920

TTCA BTCA

FEOMELANINE

Napolitano, A.; Vincensi, M. R.; d’Ischia, M.; Prota, G. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 6799-6802 Napolitano, A.; Vincensi, M. R.; Di Donato, P.; Monfrecola, G.; Prota, G. J. Invest. Dermatol. 2000, 114, 1141-1147

 H2O2 1.5%/NaOH 1 M (per 24 h)  Na2S2O5  Acidificazione con H3PO4 85% fino a pH 4  Filtrazione

Analisi HPLC

Degradazione chimica dei pigmenti melanici

PTCA BTCA

Panzella, L.; Manini, P.; Monfrecola, G.; d’Ischia, M.; Napolitano, A. Pigment Cell. Res. 2007, 20, 128-133

Colonna: C18 Hydro (endcapping polare), 250 mm × 4.6 mm, 5µm;

Eluente: acido formico 1% (pH 2.8)- metanolo 97:3;

Velocità di flusso: 0.7 mL/min;

Rivelazione: UV, λ = 280, 254 nm

Capelli rossi

Degradazione chimica dei pigmenti melanici

PTCA BTCA Capelli rossi

Identificazione di un nuovo marker strutturale delle feomelanine

2-S-cisteinildopa

FEOMELANINE

5-S-cisteinildopa

BTCA

BTCA-2

5-S-cisteinildopa o

2-S-cisteinildopa

Rese 57-60%

Sintesi del BTCA e del BTCA-2

Greco, G.; Panzella, L.; Napolitano, A.; d’Ischia, M. Tetrahedron Lett. 2009, 50, 3095-3097

Analisi di BTCA e BTCA-2 in feomelanine naturali e sintetiche

Sample Yields (ng/mg)a BTCA BTCA-2

Red human hair 600 420 Recessive yellow mouse hair

4000 830

Lethal yellow mouse hair

3200 700

Chicken feathers 7700 1400 Dopa/cys pheomelanin

285500 51000 aShown are the mean values for three separate experiments with SD ≤ 10%.

Greco, G.; Wakamatsu, K.; Panzella, L.; Shosuke, I.; Napolitano, A.; d’Ischia, M. Pigment Cell. Melanoma Res. 2009, 22, 319-327

5:1

1.4:1

Analisi di BTCA e BTCA-2 in capelli rossi

Capelli rossi a 5 mm dallo scalpo

Capelli rossi

Il rapporto tra i BTCA varia durante la crescita del capello

BTCA-2 BTCA

1 : 1

Greco, G.; Wakamatsu, K.; Panzella, L.; Shosuke, I.; Napolitano, A.; d’Ischia, M. Pigment Cell. Melanoma Res. 2009, 22, 319-327

1 : 5

Res

e (n

g/m

g ca

pelli

)

1-5 5-9 9-13 21-25 13-17 17-21 25-29

Distanza dallo scalpo (cm) 29-33

Punta Scalpo

Le rese di BTCA diminuiscono con la crescita del capello, mentre quelle di BTCA-2 non variano

Analisi di BTCA e BTCA-2 in capelli rossi

Greco, G.; Wakamatsu, K.; Panzella, L.; Shosuke, I.; Napolitano, A.; d’Ischia, M. Pigment Cell. Melanoma Res. 2009, 22, 319-327

Res

e (n

g/m

g ca

pelli

)

BTCA BTCA-2

Prima Dopo

Analisi di BTCA e BTCA-2 in capelli rossi esposti alla radiazione solare

Le rese di BTCA diminuiscono dopo esposizione solare, mentre quelle di BTCA-2 non variano

Greco, G.; Wakamatsu, K.; Panzella, L.; Shosuke, I.; Napolitano, A.; d’Ischia, M. Pigment Cell. Melanoma Res. 2009, 22, 319-327

FEOMELANINE

5-S-cisteinildopa 2-S-cisteinildopa

Componente fotodegradabile Componente stabile

Studio della chimica ossidativa dei precursori monomerici

Feomelanina naturale da capelli rossi

Feomelanina sintetica da 5-S-cisteinildopa

Feomelanina sintetica da 5-S-cisteinildopa + Zn2+

Napolitano, A.; De Lucia, M.; Panzella, L.; d’Ischia, M. Photochem. Photobiol. 2008, 84, 593-599

Spettri di assorbimento UV-visibile di feomelanine naturali e sintetiche

15 min 390 nm

3 h 302 nm 356 nm

8 h

Ossidazione della 5-S-cisteinildopa in presenza di Zn2+

Napolitano, A.; De Lucia, M.; Panzella, L.; d’Ischia, M. Photochem. Photobiol. 2008, 84, 593-599

30 s 309 nm

339 nm

5 min

1 h 305 nm

Ossidazione della 5-S-cisteinildopa in assenza di Zn2+

Napolitano, A.; De Lucia, M.; Panzella, L.; d’Ischia, M. Photochem. Photobiol. 2008, 84, 593-599

Feomelanina naturale da capelli rossi

3-osso-3,4-diidrobenzotiazina (λmax 299 nm)

benzotiazolo (λmax 303 nm)

2,2’-bi(2H-1,4-benzotiazina) (λmax 346 nm)

tricocromo (λmax 450 nm)

Contributo delle ipotetiche unità strutturali al cromoforo delle feomelanine

“ There is only one thing worse than coming home from the lab to a sink full of dirty dishes,

and that is not going to the lab at all. "

Chien Shiung Wu (1912-1997)

Prof. Marco d’Ischia Prof. Alessandra Napolitano Dott. Alessandro Pezzella Dott. Paola Manini

Dott. Marianna Arzillo Dott. Luigia Capelli Dott. Giorgia Greco

Grazie a…