Investigation of the molecular signature of greying hair shafts.
canitie
confocal Raman microspectroscopy
hair biology
hair growth
lipid conformation
protein secondary structure
Journal
International journal of cosmetic science
ISSN: 1468-2494
Titre abrégé: Int J Cosmet Sci
Pays: England
ID NLM: 8007161
Informations de publication
Date de publication:
Jun 2021
Jun 2021
Historique:
revised:
02
03
2021
received:
02
02
2021
accepted:
07
03
2021
pubmed:
14
3
2021
medline:
21
12
2021
entrez:
13
3
2021
Statut:
ppublish
Résumé
Hair greying (i.e. canitie) is a physiological process occurring with the loss of melanin production and deposition within the hair shafts. Many studies reported the oxidation as the main biological process underlying this defect of pigmentation. Even though the overall appearance and biomechanical properties of hairs are reported to be altered with greying, there is a lack of information about molecular modifications occurring in grey hair shafts. The aim of this study was thus to investigate the molecular signature and associated changes occurring in greying hair shafts by confocal Raman microspectroscopy. This study was conducted on pigmented, intermediate (i.e. grey) and unpigmented hairs taken from 29 volunteers. Confocal Raman microspectroscopy measurements were acquired directly on hair shafts. Automatic classification of Raman spectra revealed 5 groups displaying significant differences. Hence, the analysis of the molecular signature highlighted the existence of 3 sub-groups within grey hair: light, medium and dark intermediate. Among molecular markers altered in the course of greying, this study identified for the first time a gradual modification of lipid conformation (trans/gauche ratio) and protein secondary structure (α-helix/β-sheet ratio), referring respectively to an alteration of barrier function and biomechanical properties of greying hair. This study thus reports for the first time a highly specific molecular signature as well as molecular modifications within grey hair shaft. Le grisonnement du cheveu (i.e. canitie) est un processus physiologique correspondant à l'altération de la production et du dépôt des pigments de mélanine au sein de la tige pilaire. De nombreuses études identifient l'oxydation en tant que principal phénomène à l'origine de ce défaut de pigmentation. L’apparence globale et les propriétés biomécaniques des cheveux grisonnants sont également rapportées comme étant altérées. Cependant, il existe un manque d'information concernant les modifications moléculaires ayant lieu dans la tige pilaire grisonnante. Le but de cette étude était donc d'investiguer par microspectroscopie confocale Raman la signature moléculaire de la tige pilaire grisonnante ainsi que les changements biologiques associés. MÉTHODES: Cette étude a été réalisée sur des cheveux pigmentés, intermédiaires (i.e. gris) et non pigmentés, prélevés sur 29 volontaires. Les mesures par microspectroscopie Raman confocale ont directement été acquises sur la tige pilaire. RÉSULTATS: Une classification automatique des spectres Raman a permis de révéler 5 groupes présentant des différences significatives. Ainsi, l'analyse de la signature moléculaire spectrale identifie 3 sous-groupes au sein des cheveux gris : intermédiaires clairs, moyens et foncés. Parmi les marqueurs moléculaires altérés au cours du grisonnement, cette étude identifie pour la première fois une modification graduelle de la conformation des lipides (ratio trans /gauche) et de la structure secondaire des protéines (ratio hélice α/feuillets β). Ces marqueurs correspondent respectivement à l'altération de la fonction barrière et des propriétés biomécaniques des cheveux gris. Cette étude met en évidence pour la première fois une signature moléculaire extrêmement précise ainsi que des modifications moléculaires en lien avec le grisonnement de la tige pilaire.
Autres résumés
Type: Publisher
(fre)
Le grisonnement du cheveu (i.e. canitie) est un processus physiologique correspondant à l'altération de la production et du dépôt des pigments de mélanine au sein de la tige pilaire. De nombreuses études identifient l'oxydation en tant que principal phénomène à l'origine de ce défaut de pigmentation. L’apparence globale et les propriétés biomécaniques des cheveux grisonnants sont également rapportées comme étant altérées. Cependant, il existe un manque d'information concernant les modifications moléculaires ayant lieu dans la tige pilaire grisonnante. Le but de cette étude était donc d'investiguer par microspectroscopie confocale Raman la signature moléculaire de la tige pilaire grisonnante ainsi que les changements biologiques associés. MÉTHODES: Cette étude a été réalisée sur des cheveux pigmentés, intermédiaires (i.e. gris) et non pigmentés, prélevés sur 29 volontaires. Les mesures par microspectroscopie Raman confocale ont directement été acquises sur la tige pilaire. RÉSULTATS: Une classification automatique des spectres Raman a permis de révéler 5 groupes présentant des différences significatives. Ainsi, l'analyse de la signature moléculaire spectrale identifie 3 sous-groupes au sein des cheveux gris : intermédiaires clairs, moyens et foncés. Parmi les marqueurs moléculaires altérés au cours du grisonnement, cette étude identifie pour la première fois une modification graduelle de la conformation des lipides (ratio trans /gauche) et de la structure secondaire des protéines (ratio hélice α/feuillets β). Ces marqueurs correspondent respectivement à l'altération de la fonction barrière et des propriétés biomécaniques des cheveux gris.
Substances chimiques
Biomarkers
0
Lipids
0
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
332-340Informations de copyright
© 2021 Society of Cosmetic Scientists and the Société Française de Cosmétologie.
Références
D. Triwongwaranat, R. Thuangtong, S. Arunkajohnsak, A review of the etiologies, clinical characteristics, and treatment of canities. Int. J. Dermatol. 58, 659-666 (2019).
R. M. Trüeb, Aging of hair. J. Cosmet. Dermatol. 4, 60-72 (2005).
D. J. Tobin, Human hair pigmentation-biological aspects. Int. J. Cosmet. Sci. 30, 233-257 (2008).
A. Slominski, J. Wortsman, P. M. Plonka, K. U. Schallreuter, R. Paus, D. J. Tobin, Hair follicle pigmentation. J. Invest. Dermatol. 124, 13-21 (2005).
F.-C. Yang, Y. Zhang, M. C. Rheinstädter, The structure of people’s hair. PeerJ. 2, e619 (2014).
L. Coderch, M. A. Oliver, V. Martínez, A. M. Manich, L. Rubio, M. Martí, Exogenous and endogenous lipids of human hair. Skin Res. Technol. 23, 479-485 (2017).
M. A. Oliver, M. Marti, L. Coderch, V. Carrer, M. Kreuzer, C. Barba, Lipid loses and barrier function modifications of the brown-to-white hair transition. Skin Res. Technol. 25, 517-525 (2019).
Y. Yu, W. Yang, B. Wang, M. A. Meyers, Structure and mechanical behavior of human hair. Mater. Sci. Eng., C. 73, 152-163 (2017).
L. Kreplak, F. Briki, Y. Duvault et al., Profiling lipids across Caucasian and Afro-American hair transverse cuts, using synchrotron infrared microspectrometry. Int. J. Cosmet. Sci. 23, 369-374 (2001).
J.-L. Bantignies, G. Fuchs, G. L. Carr, G. P. Williams, D. Lutz, S. Marull, Organic reagent interaction with hair spatially characterized by infrared microspectroscopy using synchrotron radiation. Int. J. Cosmet. Sci. 20, 381-394 (1998).
P. C. Arck, R. Overall, K. Spatz et al., Towards a “free radical theory of graying”: melanocyte apoptosis in the aging human hair follicle is an indicator of oxidative stress induced tissue damage. FASEB J. 20, 1567-1569 (2006).
A. Fernandez-Flores, M. Saeb-Lima, D. S. Cassarino, Histopathology of aging of the hair follicle. J. Cutan. Pathol. 46, 508-519 (2019).
D. Tobin, Aging of the hair follicle pigmentation system. Int. J. Trichol. 1, 83 (2009).
S. Kauser, G. E. Westgate, M. R. Green, D. J. Tobin, Human Hair follicle and epidermal melanocytes exhibit striking differences in their aging profile which involves catalase. J. Invest. Dermatol. 131, 979-982 (2011).
Y. Shi, L.-F. Luo, X.-M. Liu, Q. Zhou, S.-Z. Xu, T.-C. Lei, Premature graying as a consequence of compromised antioxidant activity in hair bulb melanocytes and their precursors. PLoS One. 9, e93589 (2014).
I. S. Haslam, L. Jadkauskaite, I. L. Szabó et al., Oxidative damage control in a human (Mini-) Organ: Nrf2 activation protects against oxidative stress-induced hair growth inhibition. J. Invest. Dermatol. 137, 295-304 (2017).
K. Kaur, R. Kaur, I. Bala, Therapeutics of premature hair graying: A long journey ahead. J. Cosmet. Dermatol. 18, 1206-1214 (2019).
J. M. Wood, H. Decker, H. Hartmann et al., Senile hair graying: H202mediated oxidative stress affects human hair color by blunting methionine sulfoxide repair. FASEB J. 23, 2065-2075 (2009).
L. Hong, J. D. Simon, Current understanding of the binding sites, capacity, affinity, and biological significance of metals in melanin. J. Phys. Chem. B. 111, 7938-7947 (2007).
T. Takahashi, A. Mamada, S. Breakspear, T. Itou, N. Tanji, Age-dependent changes in damage processes of hair cuticle. J. Cosmet. Dermatol. 14, 2-8 (2015).
K. U. Schallreuter, J. Moore, J. M. Wood, W. D. Beazley, D. C. Gaze, D. J. Tobin, H. S. Marshall, A. Panske, E. Panzig, N. A. Hibberts, In vivo and in vitro evidence for hydrogen peroxide (H2O2) accumulation in the epidermis of patients with vitiligo and its successful removal by a UVB-activated pseudocatalase. J. Invest. Dermatol. Symposium Proc. 4, 91-96 (1999).
A. Kuzuhara, A Raman spectroscopic investigation of the mechanism of the reduction in hair with thioglycerol and the accompanying disulphide conformational changes. Int. J. Cosmet. Sci. 40, 34-43 (2018).
P. D. A. Pudney, E. Y. M. Bonnist, K. J. Mutch, R. Nicholls, H. Rieley, S. Stanfield, Confocal Raman spectroscopy of whole hairs. Appl. Spectrosc. 67, 1408-1416 (2013).
L. Kreplak, J. Doucet, P. Dumas, F. Briki, New aspects of the α-Helix to β-sheet transition in stretched hard α-keratin fibers. Biophys. J . 87, 640-647(2004).
D. J. Tobin, A. Slominski, V. Botchkarev, R. Paus, The fate of hair follicle melanocytes during the hair growth cycle. J. Invest. Dermatol. Symposium Proc. 4, 323-332 (1999).
J. Ancans, D. J. Tobin, M. J. Hoogduijn, N. P. Smit, K. Wakamatsu, A. J. Thody, Melanosomal pH controls rate of melanogenesis, eumelanin/phaeomelanin ratio and melanosome maturation in melanocytes and melanoma cells. Exp. Cell Res. 268, 26-35 (2001).
S. Commo, O. Gaillard, B. A. Bernard, Human hair greying is linked to a specific depletion of hair follicle melanocytes affecting both the bulb and the outer root sheath. Br. J. Dermatol. 150, 435-443 (2004).
J. A. Swift, Fine details on the surface of human hair. Int. J. Cosmet. Sci. 13, 143-159 (1991).
W.-S. Lee, Integral hair lipid in human hair follicle. J. Dermatol. Sci. 64, 153-158 (2011).
K. S. Stenn, P. Karnik, Lipids to the top of hair biology. J. Invest. Dermatol. 130, 1205-1207 (2010).
J. A. Swift, Transfer of melanin granules from melanocytes to the cortical cells of human hair. Nature. 203, 976-977 (1964).
C. Robbins, P. Mirmirani, A. G. Messenger, M. P. Birch, R. S. Youngquist, M. Tamura, T. Filloon, F. Luo, T. L. Dawson, What women want - quantifying the perception of hair amount: an analysis of hair diameter and density changes with age in caucasian women. Br. J. Dermatol. 167, 324-332 (2012).
R. M. Trüeb, H. D. Rezende, M. F. R. G. Dias, A comment on the science of hair aging. Int. J. Trichol. 10, 245-254 (2018).
B. Hollfelder, G. Blankenburg, L. J. Wolfram, H. Höcker, Chemical and physical properties of pigmented and non-pigmented hair (?grey hair?). Int. J. Cosmet. Sci. 17, 87-89 (1995).
C. F. Cruz, M. M. Fernandes, A. C. Gomes, L. Coderch, M. Martí, S. Méndez, L. Gales, N. G. Azoia, U. Shimanovich, A. Cavaco-Paulo, Keratins and lipids in ethnic hair. Int. J. Cosmet. Sci. 35, 244-249 (2013).