멜라닌

멜라닌은 자연계에서 흔히 발견되는 색소 중 하나로서 흑갈색 또는 검은색을 띤다. 이 색소는 음전하와 높은 분자량을 가지고 있으며 화학적으로 비활성 상태이고 무정형의 형태와 불용성의 성질을 띠고 있다. 아미노산 중 하나인 타이로신(tyrosine)으로부터 합성되며 폴리페놀(polyphenol) 중합체를 이루어 매우 안정적인 구조를 이루고 있다. 이러한 구조적 특징 때문에 열과 화학물질에 대한 내성, 항산화 능력과 더불어 자외선과 같은 방사선에 대해 저항성을 가지고 있다. 멜라닌은 구조적으로 다양한 형태로 존재하며 유멜라닌(eumelanin), 페오멜라닌(pheomelanin), 뉴로멜라닌(neuromelanin) 등으로 분류된다.

사람의 하면 표피(lower epidermis)에 있는 멜라닌색소(출처:GettyimagesKorea)

목차

사람이 가지고 있는 멜라닌 중 가장 많은 멜라닌으로써 피부와 털에 있고 갈색과 검은색을 띠고 있다. 5,6-다이하이드록시인돌(5,6-dihydroxyindole)의 중합체이며 백색증 환자는 그 양이 적거나 존재하지 않는다.

피부와 털에서 모두 발견되는 멜라닌이다. 분홍색 혹은 붉은색을 띠고 붉은 머리카락을 가지고 있는 사람에게서 흔히 볼 수 있다. 이 멜라닌이 자외선에 노출되면 발암물질로 변하는 특징을 가지고 있다.

뉴로멜라닌은 검은색을 띠며 신경계의 뉴런(neuron)에서 발견된다. 세포사멸과 파킨슨병을 일으키는데 역할을 하는 것으로 생각되고 있다.

사람이 가지고 있는 멜라닌은 피부색을 결정짓는데 중요한 역할을 한다. 피부뿐만 아니라 털, 눈 귀, 심지어 뇌에도 존재한다. 피부의 멜라닌은 표피와 진피에 존재하는 흑색 소포인 멜라닌 세포 내에서 생성되며 세포 내에서 만들어진 멜라닌을 표피세포에 보낸다. 인종에 따라서 멜라닌 발현 유전자가 다르고 이에 따라 멜라닌 세포의 발현이 조절되어 피부색이 결정된다. 사람의 피부에 자외선을 쪼이게 되면 갈색이 되는데, 이러한 자극은 멜라닌이 생성되게 하고 이 멜라닌이 자외선을 흡수하게 하여 생체를 보호하기 위한 것으로 알려져 있다.

멜라닌은 다양한 미생물에서도 발견된다. 특히 박테리아나 곰팡이가 가지고 있는 멜라닌은 자외선이나 활성산소, 고온, 생화학물질에 대한 손상으로부터 저항성을 나타내게 한다. 이러한 저항성은 병원성 미생물이 숙주와의 면역 반응을 억제하기 때문에 멜라닌은 미생물의 병독성과 병원성을 가지는데 중요한 역할을 한다. 특히 곰팡이에서 멜라닌은 대개 세포표면에 위치하고 있다. 예를 들어 뇌수막염을 일으키는 진균인 Cryptococcus neoformans는 멜라닌이 세포벽에 존재하고 있는데, 이를 통해 숙주 내 환경과 이 진균 사이의 상호작용 기작을 억제하여 살아남게 한다. 따라서 멜라닌은 Cryptococcus neoformans의 병독성 인자중 하나로 중요한 역할을 하고 있다. 식물에서 발생하는 도열병은 자낭균류에 의해 많이 발병되는데, 이 자낭균류는 DHN-melanin(1,8-dihydroxynapthalene)을 주로 생산한다. 이 DHN-melanin을 만드는 과정에 이상이 생기면 사람의 백색증과 같은 멜라닌 생산에 결함이 생기게 되어 부착기의 기능에 이상이 생겨 식물에 도열병을 일으키지 못하게 된다. 그리하여 tricyclazole과 같은 농약은 자낭균류의 DHN-melanin 합성을 억제하여 부착기가 기능을 하지 못하게 함으로써 도열병을 일으키기 않게 하여 식물을 보호하게 된다.

식물에서도 멜라닌은 생산된다. 카테콜(catechol)로부터 카테콜 멜라닌이라고 하는 멜라닌이 합성된다. 바나나에서는 멜라닌이 효소반응에 의해 갈색으로 변하며 밤나무 껍질의 멜라닌은 항산화제와 염료로 사용되기도 한다. 그럼에도 불구하고 많은 식물들은 멜라닌 생산을 억제하는 화합물을 가지고 있는 경우가 많다.

멜라닌은 티로시나아제(tyrosinase), 라카아제(laccase), 카테콜 옥시다아제(catechol oxidase)와 같은 페놀 산화효소에 의해 합성된다. 이러한 산화효소들은 산화중합반응을 이끌어 타이로신을 도파(DOPA), 5,6-다이하이드록시인돌(5,6-dihydroxyindole)을 합성하고 최종적으로 여러 형태의 멜라닌을 형성한다.

반용선/연세대학교 

정원희/중앙대학교

1. CRYPTOCOCCUS FROM HUMAN PATHOGEN TO MODEL YEAST, J.Heitman, T.R.Kozel, Kyong.J, Kwon-Chung, J.R.Perfect and A.Casadevall, 2011, ASM press

2. Radames J.B et al. "Functions of fungal melanin beyond virulence," Fungal Biology Reviews (2017) 1-14

3. Vincent J. Hearing; Katsuhiko Tsakamoto (1991), 'Enzymatic control of pigmentation in mammals' (PDF), The FASEB Journal, 5 (14): 2902–2909

4. Double KL (2006). 'Functional effects of neuromelanin and synthetic melanin in model systems'. J Neural Transm. 113 (6): 751–756.

5. NORIO KIMURA et al. 'Gene Cluster Involved in Melanin Biosynthesis of the Filamentous Fungus Alternaria alternata. JOURNAL OF BACTERIOLOGY, July 1993, p. 4427-4435