Von der Stammzellen zum Melanin

Die Haarfarbe entsteht, weil der Farbstoff Melanin in den wachsenden Haarschaft eingebaut wird. Dieser Prozess beginnt mit Haarfollikel-Stammzellen (HFSCs), die das Haarwachstum aktivieren und dabei Melanozyten-Stammzellen (MeSCs) stimulieren. Diese differenzieren zu Melanozyten, die in der Haarmatrix das Pigment Melanin produzieren. Entscheidend dafür sind die Enzyme Tyrosinase (TYR), die Tyrosin zu DOPA und DOPA-Chinon umwandelt, sowie TRP-1 und TRP-2, die den weiteren Syntheseweg zu Eumelanin steuern. Das Melanin wird in Melanosomen gespeichert und in die Haarzellen eingebaut, wodurch die individuelle Haarfarbe sichtbar wird.

Wie entsteht das Melanin in den Melanozyten

Die Melaninproduktion findet in spezialisierten Zellen, den Melanozyten, statt und läuft in kleinen Zellorganellen namens Melanosomen ab. Der Prozess beginnt mit der Aminosäure Tyrosin, die durch das Schlüsselenzym Tyrosinase (TYR) in mehreren Schritten umgewandelt wird. Zuerst katalysiert Tyrosinase die Umwandlung von Tyrosin zu DOPA (3,4-Dihydroxyphenylalanin) und anschließend zu DOPA-Chinon, einer entscheidenden Vorstufe für die Melaninsynthese.

Ab diesem Punkt verzweigt sich der Syntheseweg in zwei Richtungen, je nachdem, ob Eumelanin (braun-schwarzes Pigment) oder Phäomelanin (rötlich-gelbes Pigment) gebildet wird.

• Für Eumelanin wird DOPA-Chinon weiter durch das Enzym TRP-2 (DOPAchrom-Tautomerase) zu DHICA (5,6-Dihydroxyindol-2-carboxylsäure) umgewandelt. Anschließend fördert TRP-1 (Tyrosinase-Related Protein 1) die Oxidation von DHICA, was zur Bildung von stabilen, dunklen Pigmenten führt.
• Für Phäomelanin reagiert DOPA-Chinon mit der Aminosäure Cystein, wodurch rötlich-gelbe Pigmente entstehen.

Das in den Melanosomen gebildete Melanin wird schließlich in die umliegenden Keratinocyten transportiert, die Teil des wachsenden Haarschafts sind. So wird das Melanin in das Haar eingelagert und bestimmt dessen Farbe.
Störungen im Ablauf der Melaninsynthese, z.B. durch oxidativen Stress, genetische Defekte oder Alterungsprozesse, können die Pigmentproduktion reduzieren, was zu grauen oder weißen Haaren führt.

Warum werden die Haare grau?

UV-Strahlung und oxidativer Stress können zu grauen Haaren führen, da sie Melanozyten-Stammzellen schädigen und die Aktivität der Enzyme wie Tyrosinase beeinträchtigen. Dies führt zu DNA-Schäden, fördert den Zelltod und beschleunigt die Erschöpfung des Stammzellpools, wodurch weniger Melanin produziert wird – das Haar wächst dann ungefärbt nach und erscheint grau oder weiß.