Vol. 2° -  XXVII.5.2.

Ultrastruttura dei granuli di melanina

La struttura dei melanosomi può essere studiata solo al microscopio elettronico a trasmissione, che ha un potere d’ingrandimento fino a 1 milione di volte. La melanina contenuta nel melanosoma è presente sotto forma di particelle che non hanno struttura uniforme, in quanto assumono una morfologia che corrisponde ai vari stadi del loro sviluppo, e quindi hanno un aspetto che è variabile in rapporto al momento in cui vengono osservate.

5.2.a. Premelanosoma

Il premelanosoma, dotato di struttura granulare, funge da intermediario. Durante il suo sviluppo il premelanosoma va incontro a diverse trasformazioni: le forme più precoci contengono filamenti spiralizzati relativamente poco elettrondensi; successivamente il premelanosoma mostra un tenue incremento della densità elettronica e un profondo rimodellamento della sua struttura fibrillare. Vediamo di analizzare nei dettagli queste due tappe importanti della sintesi melanica.

Premelanosoma fibrillare. Questa struttura precoce contiene fibrille spiralizzate disposte in modo relativamente lasso all’interno di una vescicola la cui parete è liscia. I filamenti stessi delineano il profilo ovale caratteristico del futuro melanosoma maturo. Il passo delle eliche è pari a circa 9÷10 nm. I filamenti possono rimanere separati, ma in certi premelanosomi si può anche osservare una tendenza di due o più filamenti a unirsi per dar luogo a un filamento di diametro maggiore. La periodicità assiale delle fibre spiralizzate oscilla intorno a 6,5÷7,6 nm.

Questo tipo di granulo sembra precedere le altre forme, e nel suo contesto non mostra ancora la deposizione di materiale elettrondenso. Si può affermare con una certa sicurezza che questa struttura fibrillare definisce la forma del melanosoma e include siti di tirosinasi ancora inattivi.

Premelanosoma striato. In uno stadio successivo in certe aree del premelanosoma si osserva la comparsa di una fine striatura trasversale, e precisamente là dove le fibre spiralizzate sembrano fondersi in filamenti più spessi o in un corpo centrale condensato. L’aumento della densità elettronica osservabile in questa fase di sviluppo può corrispondere a una concomitante deposizione di melanina elettrondensa. È ragionevole supporre che la condensazione delle fibrille e l’attivazione della tirosinasi siano due processi con alcuni fattori in comune e che essi inizino contemporaneamente. Non si può tralasciare di accennare a un’altra possibile spiegazione dell’incremento della densità elettronica. Infatti, la stessa tirosinasi forma una struttura cristallina e causa la deposizione di materiale elettrondenso sulla sua superficie. Anche molecole di metalli possono causare un aumento della densità, ed è noto che lo zinco si accumula nei granuli di melanina in concentrazione maggiore rispetto alla maggioranza degli altri componenti della cellula.

La formazione di melanina non ha luogo fintanto che l’orientamento delle fibre nel contesto della matrice non sia completato, e la sintesi di pigmento prosegue sin quando i dettagli della matrice non vengono completamente persi a causa dalla melanina elettrondensa.

5.2.b. Melanosoma

Sezionando un melanosoma si possono distinguere due regioni:

Core centrale. In sezioni ultrasottili di materiale fissato con tetrossido di osmio si può mettere in evidenza una striatura longitudinale.

Corticale osmiofila. La scomparsa della zona corticale compatta e osmiofila del melanosoma, dopo trattamento sbiancante con permanganato, mette in evidenza la natura melanica della sostanza osmiofila che compone la corteccia. In condizioni favorevoli, in seno alla corteccia si può distinguere una fine struttura che può essere correlata alla struttura del polimero di melanina, che consiste in piccoli granuli disposti in modo regolare, più o meno aggregati in unità del diametro di 30÷50 nm. Drochmans ha proposto per queste formazioni granulari il termine di particelle di melanina.

La stessa sostanza così strutturata è spesso osservabile a carico dei melanosomi durante la loro degradazione che si svolge nei vacuoli di fagocitosi dei melanofagi del derma, dove le particelle di melanina vengono disgregate in particelle più piccole. Quest’osservazione circa lo spostamento dei melanosomi in seno ai macrofagi sembra essere in contraddizione con la resistenza della melanina agli agenti chimici in vitro e con la mancanza di enzimi capaci di depolimerizzarla in vivo. Si può tuttavia supporre che polimeri dotati di peso molecolare relativamente basso, intorno a 10⁶, corrispondenti alle fini strutture osmiofile, vengano assemblati in particelle di dimensioni ridotte, successivamente disposte alla periferia del melanosoma. Il rilascio di particelle melaniche da parte del melanosoma durante la degradazione non implica una depolimerizzazione ma solo una manifestazione di differenti livelli dell’organizzazione macromolecolare.

In sintesi, possiamo affermare che la formazione di un melanosoma si svolge nel modo seguente:

· formazione di una matrice proteica composta da filamenti spiralizzati

· successiva deposizione di materiale elettrondenso che dà luogo a una struttura fine, verosimilmente dovuta a melanina

· estensione e limitazione della deposizione di melanina.

Queste osservazioni suggeriscono l’esistenza nei melanosomi di differenti gradi di organizzazione del polimero di melanina:

§ un primo grado di organizzazione macromolecolare è visibile al microscopio elettronico sotto forma di un assemblamento di fini granuli disposti secondo una struttura regolare

§ il secondo livello di organizzazione consiste nella formazione di particelle del diametro di 30÷50 nm

§ queste particelle si dispongono a conchiglia intorno all’unità elementare, il melanosoma

§ finalmente, microscopicamente parlando, i diversi melanosomi si congregano a formare un complesso melanosomico.

Essendo talora difficile distinguere tra melanosomi e premelanosomi, si potrebbe adottare la proposta di Fitzpatrick (1966):

o Premelanosoma: qualsiasi formazione che appartiene al processo di maturazione del melanosoma, caratterizzato da attività tirosinasica dopo che la sintesi melanica ha preso l’avvio; è dotato di densità elettronica variabile.

o Melanosoma: organulo distinto, contenente melanina, in cui il processo di sintesi melanica è completo; l’attività tirosinasica non è dimostrabile nel suo contesto e la densità elettronica è più o meno uniforme.

o Complessi melanosomici: si tratta di molteplici melanosomi incastonati su una matrice di supporto, come accade nei macrofagi e nelle cellule malpighiane dei mammiferi.

Fig. XXVII. 5. – Formazione e maturazione del melanosoma
secondo Montagna

Secondo una tassonomia più recente suggerita da Montagna, i vari stadi di formazione e maturazione del melanosoma possono essere schematizzati nel modo seguente:

§   Melanosoma stadio 1. Appena formati, i premelanosomi sono rotondeggianti oppure ovalari, e si tratta di vescicole delimitate da una membrana contenente tirosinasi e filamenti con una periodicità di 9÷10 nm.

§   Melanosoma stadio 2. Si presentano come corpuscoli ovalari anch’essi contenenti filamenti con periodicità di 9÷10 nm

§  Melanosoma stadio 3. La melanina sintetizzata al loro interno offusca i dettagli strutturali; la loro forma è sempre ovale.

§   Melanosoma stadio 4. Si tratta sempre di melanosomi ovalari contenenti melanina in quantità tale che tutti i dettagli strutturali vengono completamente mascherati.

Le dimensioni e lo stadio fino al quale i melanosomi riescono a svilupparsi dipendono dalla costituzione genetica individuale, in quanto gli individui di pelle più scura producono melanosomi più grandi e più maturi rispetto ai soggetti di pelle chiara. Come abbiamo già avuto modo di precisare, nei Bianchi i melanosomi sono piccoli e gli aggregati che essi formano sono contornati da una membrana.

Numerosi autori hanno spiegato la limitazione della crescita del melanosoma come dovuta alla deposizione di pigmento e conseguente seppellimento dell’enzima in seno alla struttura finale. Ipotesi interessante, dovuta verosimilmente al fatto che la formazione di un certo numero di particelle elementari di una determinata dimensione sia già di per sé il fattore limitante.

A scopo riassuntivo, riportiamo la classificazione dovuta a Fitzpatrick (1965) relativa alle cellule dei vertebrati contenenti melanina:

·   melanoblasto: è la cellula che, durante tutti gli stadi del ciclo vitale, funge da precursore dei melanociti e dei melanofori; esso diventa melanocita con la formazione di melanina o di premelanosomi privi di melanina

·   melanocita: cellula deputata alla sintesi di un organulo specializzato contenente melanina, il melanosoma

·   melanoforo: si tratta di un tipo di melanocita che partecipa, insieme ad altri cromatofori, ai rapidi mutamenti cromatici degli animali a sangue freddo, attraverso l’aggregazione o la dispersione dei melanosomi

·   melanocita albino: come altri melanociti, caratterizzati da un prodotto finale costituito da premelanosomi solo parzialmente melanizzati, appartiene ai melanociti, e i suoi premelanosomi sono totalmente privi di melanina.