Nieuw onderzoek heeft voor het eerst hemoglobine in de bovenste laag van de menselijke huid ontdekt en vastgesteld dat het de huid helpt beschermen tegen schade. Deze bevindingen bieden belangrijke inzichten in veroudering en huidziekten zoals kanker. Het is bekend dat hemoglobine zuurstof in het bloed bindt en dit van de longen naar de weefsels transporteert. Uit een nieuwe studie blijkt echter dat hemoglobine nog een andere rol speelt: het beschermen van onze huid tegen schade.
Onderzoekers wilden graag begrijpen hoe de epidermis – de buitenste laag van de huid – ons beschermt tegen omgevingsinvloeden zoals UV-straling, dus keken ze naar wat er op moleculair niveau in de huid gebeurt.
Masayuki Amagai, de corresponderende auteur van de studie, zei: “De opperhuid bestaat uit verhoornd, gestratificeerd plaveiselepitheel, voornamelijk bestaande uit keratinocyten. Eerdere studies hebben aangetoond dat ze tijdens het proces van differentiatie van keratinocyten en de vorming van de buitenste barrière van de huid een verscheidenheid aan genen met beschermende functies tot expressie brengen. Vanwege de moeilijkheid om voldoende aantallen geïsoleerde terminaal gedifferentieerde keratinocyten te verkrijgen voor transcriptoomanalyse, kunnen andere barrière-gerelateerde genen ontsnapten aan eerdere bescherming."
Epidermale keratinocyten komen uit de diepste laag van de huid (de basale laag) en bewegen zich naar boven om na differentiatie meerdere lagen te vormen. Tijdens de differentiatiefase van keratinocyten is de expressie van verschillende genen met beschermende barrièrefuncties ontdekt, en ziekten zoals atopische dermatitis worden veroorzaakt door genetische mutaties.
Om onbekende moleculen te identificeren die betrokken zijn bij huidbarrièremechanismen, analyseerden de onderzoekers sterk tot expressie gebrachte genen in de gehele epidermis en bovenste epidermis van de gezonde menselijke huid, afkomstig van de dijen en bovenarmen van drie individuen, evenals in de huid van muizen. Ze ontdekten onverwachts dat de HBA1/2-genen die coderen voor alfaglobuline, een van de eiwitsubeenheden van hemoglobine, in hoge mate tot expressie komen in de bovenste epidermis van de menselijke huid. Op dezelfde manier komt Hba-a1/a2 (equivalent aan menselijk HBA1/2) in de huid van muizen ook in hoge mate tot expressie in de bovenste epidermis.
"We hebben een vergelijkende transcriptoomanalyse uitgevoerd van de hele epidermis en de bovenste epidermis, dit zijn lagen cellen die met behulp van enzymen zijn geïsoleerd uit de huid van mens en muis", zegt Amagai. "We ontdekten dat de genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van hemoglobine zeer actief zijn in de bovenste epidermis. Om deze bevinding te bevestigen, hebben we immunokleuring gebruikt om te kijken naar de aanwezigheid van hemoglobine-alfa-eiwit in keratinocyten in de bovenste epidermis."
Onderzoekers bestraalden de huid afzonderlijk met UVA en UVB en ontdekten dat UVA (maar niet UVB) de expressie van HBA1/2 in epidermale keratinocyten kon induceren. UVA-straling is de belangrijkste oorzaak van door reactieve zuurstofspecies (ROS) gemedieerde schade aan keratinocyten. Vergeleken met de controlegroep waren de intracellulaire ROS-niveaus van HBA-knock-out-keratinocyten significant verhoogd, wat aangeeft dat de expressie van HBA wordt geïnduceerd om de UVA-geïnduceerde ROS-generatie in epidermale keratinocyten te remmen.
Mitochondria – de energieproducenten van cellen – zijn bijzonder gevoelig voor overtollige ROS geproduceerd door UV-straling, en mitochondriale disfunctie veroorzaakt door UV-straling leidt direct tot huidbeschadiging, ook wel bekend als fotoveroudering.
"Onze studie toont aan dat epidermale hemoglobine onder oxidatieve stress wordt opgereguleerd en de productie van reactieve zuurstofsoorten in menselijke keratinocytculturen remt," zei Amagai. "Onze resultaten laten zien dat hemoglobine-alfa keratinocyten beschermt tegen externe of interne oxidatieve stress, zoals ultraviolette straling en een verminderde mitochondriale functie. Daarom vertegenwoordigt de hemoglobine-expressie door keratinocyten een endogeen afweermechanisme tegen huidveroudering en huidkanker."
De onderzoekers zeggen dat hun bevindingen belangrijke implicaties bieden voor het bestuderen van ROS-gerelateerde huidziekten, zoals veroudering en kanker.
De studie werd gepubliceerd in het Journal of Investigative Dermatology.