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

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1 Un approccio chimico allo studio delle feomelanine, i pigmenti dei capelli rossi Lucia Panzella Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica Università di Napoli Federico II Amedeo Modigliani Giovane dai capelli rossi in vestito da sera, 1918, Barnes Foundation, Philadelphia, USA

2 2001 Laurea in chimica 2003 Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della Federico II 2004 Dottorato di ricerca in Scienze Chimiche 2007 Premio L Oreal Italia Per le Donne e la Scienza 2008 Dottorato di ricerca in Dermatologia Sperimentale Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Patologia Sistematica della Federico II Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della Federico II

3 10 anni di chimica dei composti catecolici: dagli antiossidanti 2001 Laurea in chimica 2003 Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della Federico II 2004 Dottorato di ricerca in Scienze Chimiche alle melanine 2007 Premio L Oreal Italia Per le Donne e la Scienza 2008 Dottorato di ricerca in Dermatologia Sperimentale Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Patologia Sistematica della Federico II Borsa di studio per attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica Organica e Biochimica della Federico II

4 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

5 I pigmenti caratteristici dei capelli rossi: le feomelanine 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 EUMELANINE FEOMELANINE Fotoprotettive Fototossiche La definizione della struttura delle feomelanine è fondamentale per la definizione del loro ruolo biologico

6 La chimica delle melanine a Napoli Rodolfo Nicolaus Giuseppe Prota Bakunin, M.; Dragotti, G. Melanic pigments. Rendiconto dell'accademia delle Scienze Fisiche e Matematiche, Naples 1904, 10, Maria Bakunin

7 Biosintesi delle melanine 5:1 Prota, G. Melanins and Melanogenesis. Academic Press, San Diego (CA), 1992

8 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

9 Degradazione chimica

10 Degradazione chimica dei pigmenti melanici Melanina o tessuto pigmentato (ad es. capelli) H 2 O 2 1.5%/NaOH 1 M (per 24 h) Na 2 S 2 O 5 Acidificazione con H 3 PO 4 85% fino a ph 4 Filtrazione Analisi HPLC EUMELANINE PTCA Napolitano, A.; Pezzella, A.; Vincensi, M. R.; Prota, G. Tetrahedron 1995, 51, FEOMELANINE BTCA Napolitano, A.; Vincensi, M. R.; d Ischia, M.; Prota, G. Tetrahedron Lett. 1996, 37, Napolitano, A.; Vincensi, M. R.; Di Donato, P.; Monfrecola, G.; Prota, G. J. Invest. Dermatol. 2000, 114, TTCA

11 Degradazione chimica dei pigmenti melanici PTCA BTCA Capelli rossi 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 Panzella, L.; Manini, P.; Monfrecola, G.; d Ischia, M.; Napolitano, A. Pigment Cell. Res. 2007, 20,

12 Identificazione di un nuovo marker strutturale delle feomelanine PTCA BTCA Capelli rossi FEOMELANINE BTCA-2 2-S-cisteinildopa BTCA 5-S-cisteinildopa

13 Sintesi del BTCA e del BTCA-2 5-S-cisteinildopa o 2-S-cisteinildopa Rese 57-60% Greco, G.; Panzella, L.; Napolitano, A.; d Ischia, M. Tetrahedron Lett. 2009, 50,

14 Analisi di BTCA e BTCA-2 in feomelanine naturali e sintetiche Sample Yields (ng/mg) a BTCA BTCA-2 Red human hair Recessive yellow mouse hair Lethal yellow mouse hair Chicken feathers Dopa/cys pheomelanin a Shown are the mean values for three separate experiments with SD 10%. 1.4:1 5:1 Greco, G.; Wakamatsu, K.; Panzella, L.; Shosuke, I.; Napolitano, A.; d Ischia, M. Pigment Cell. Melanoma Res. 2009, 22,

15 Analisi di BTCA e BTCA-2 in capelli rossi Capelli rossi BTCA-2 BTCA Capelli rossi a 5 mm dallo scalpo 1 : 1 1 : 5 Il rapporto tra i BTCA varia durante la crescita del capello Greco, G.; Wakamatsu, K.; Panzella, L.; Shosuke, I.; Napolitano, A.; d Ischia, M. Pigment Cell. Melanoma Res. 2009, 22,

16 Analisi di BTCA e BTCA-2 in capelli rossi Le rese di BTCA diminuiscono con la crescita del capello, mentre quelle di BTCA-2 non variano Scalpo Punta Rese (ng/mg capelli) Distanza dallo scalpo (cm) Greco, G.; Wakamatsu, K.; Panzella, L.; Shosuke, I.; Napolitano, A.; d Ischia, M. Pigment Cell. Melanoma Res. 2009, 22,

17 Analisi di BTCA e BTCA-2 in capelli rossi esposti alla radiazione solare Rese (ng/mg capelli) BTCA BTCA-2 Prima Dopo 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,

18 FEOMELANINE 2-S-cisteinildopa Componente stabile 5-S-cisteinildopa Componente fotodegradabile

19 Studio della chimica ossidativa dei precursori monomerici

20 Spettri di assorbimento UV-visibile di feomelanine naturali e sintetiche Feomelanina sintetica da 5-S-cisteinildopa Feomelanina sintetica da 5-S-cisteinildopa + Zn 2+ Feomelanina naturale da capelli rossi Napolitano, A.; De Lucia, M.; Panzella, L.; d Ischia, M. Photochem. Photobiol. 2008, 84,

21 Ossidazione della 5-S-cisteinildopa in presenza di Zn nm 15 min 302 nm 356 nm 3 h 8 h Napolitano, A.; De Lucia, M.; Panzella, L.; d Ischia, M. Photochem. Photobiol. 2008, 84,

22 Ossidazione della 5-S-cisteinildopa in assenza di Zn nm 339 nm 30 s 5 min 305 nm 1 h Napolitano, A.; De Lucia, M.; Panzella, L.; d Ischia, M. Photochem. Photobiol. 2008, 84,

23 Contributo delle ipotetiche unità strutturali al cromoforo delle feomelanine Feomelanina naturale da capelli rossi 3-osso-3,4-diidrobenzotiazina (λ max 299 nm) benzotiazolo (λ max 303 nm) 2,2 -bi(2h-1,4-benzotiazina) (λ max 346 nm) tricocromo (λ max 450 nm)

24 Grazie a Prof. Marco d Ischia Prof. Alessandra Napolitano Dott. Alessandro Pezzella Dott. Paola Manini Dott. Marianna Arzillo Dott. Luigia Capelli Dott. Giorgia Greco 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 ( )