Важным диагностическим инструментом для дифференцирования меланомы от других опухолей является использованием ее способность синтезировать меланин и экспрессировать ферментативные и ­структурные белки, вовлеченные в этот процесс. Синтез меланина начинается с гидроксилирования L-тирозина в L-дигидроксифенилаланин (L-ДОПА) и ­окисления L-ДОПА в ДОПАкуинон. Обе реакции ­катализируются тирозиназой, продуктом c локуса. Лимитирующий шаг меланогенеза - гидроксилирование тирозина, и скорость пути зависит от ДОПА окисления. Последующая трансформация ДОПАкуинона в меланин может происходить спонтанно; однако, она ускоряется металлокатионами.

          В зависимости от генотипа и клеточного окружения,­  меланогенез генерирует черный пигментн эумеланин, красновато-желтый пигментн феомеланин или смешанный меланин, содержащий оба компонента. Биохимический каскад, приводящий к формированию эумеланина, начинается с трансформации ДОПАкуинона в лейкоДОПАхром, ­сопровождаемый рядом реакций окисления-восстановления, катализируемых постДОПА оксидазными регуляторами. Второй путь, синтез феомеланина, начинается с соединения ДОПАкуинона с цистеином или глютатионом с формированием цистенилДОПА и глутатионилДОПА, которые затем ­трансформируюся в феомеланин через ряд химических реакций. Эумеланогенез контролируется множественными идентичными генными продуктами, тогда как биохимические регуляторы феомеланогенеза еще не определены. Эумеланин отличается от феомеланина по химическому составу, структуре и физическим параметрам. Например, эумеланин ­характеризуется наличием парамагнитных центров, которые имеют исключительно полукуиноновый тип, тогда как феомеланин содержит дополнительные непарные электроны около ядра ¹⁴N. Эти свойства позволяют идентификацию и ­количественный анализ типа меланина электронной парамагнитной спектроскопией.

          Ферментативные и структурные элементы меланосом процессируются и собираются в различных мембранных компартементах. Предмеланосомы I стадии формируются отпочковыванием от гладких мембран гранулярной эндоплазматической сети. В эумеланогенном пути, фибриллярный матрикс формируется на стадии II меланосом, которые лишены меланина. После доставки тирозиназы пузырьками из транс аппарата Гольджи начинается синтез меланина и формируются III меланосомы . Стадия IV меланосом представлена органеллами, заполненными электроноплотным меланином. Таким образом, тирозиназа присутствует только на стадиях II-IV, но не в меланосомах стадии I, и тирозин-ассоциированный протеин-1 (TRP-1) уже доставлен из эндосомного/лизосомального пути в меланосомы стадии I и II. Продолжительность инкорпорации или стадии развития меланосомы для других меланосома-ассоциированных протеинов, таких как TRP-2, Pmel17, и p протеин еще неясна. Механизм формирования феомеланосом менее точно определен. Везикуло-глобулярные тельца инкорпорируются в меланосомы стадии I. В меланосомах II стадии может быть замечен везикуло-глобулярный матрикс, в котором депонируется феомеланин. Процесс феомеланогенеза зависит от доступности цистеина для соединения с ДОПАкуиноном и формирования цистенилДОПА, предшественника феомеланина. При патологических состояниях, таки как меланома, этот процесс становится дефектным: тирозиназа инкорпорируется и активируется на стадии I формирования меланосом, и меланин депонируется в пределах органелл “эндокринного типа”, которые не содержат ни фибриллярный, ни везикуло-глобулярный матрикс. Меланосомы содержат протонный насос, который регулирует внутримеланосомного pH, и могут инкорпорировать клеточно-поверхностные MSH рецепторы путем эндоцитоза. Эти свойства, вместе с инкорпорацией лизосомальных ферментов, таких как кислая фосфатаза, и лизосомального защитного протеина LAMP, поддерживают представление, что лизосомы и меланосомы разделяют обычный путь органеллогенеза. Меланосомы - метаболически активные органеллы, и также они могут изменять и регулировать метаболический статус и функцию организменных меланоцитов или кератиноцитов. В этой манере, меланосомы изменяют энергетический метаболизм, переключая окислительный катаболизм на анаэробный ­гликолиз, изменяя внутриклеточные NAD/NADH и НАДФ/НАДФН соотношения, или стимулируя стимулируя пентозо-фосфатный путь. Наличие пигментных гранул может также изменять функцию клетки-хозяина, буфферируя ионы кальция, или обратимо связывая биорегуляторные компоненты, такие как катехоламины, серотонин и простагландины.

           Ген, кодирующий тирозиназу, критический фермент меланогенеза, имеет приблизительно 70 КБ длины, содержит пять экзонов, и картован на хромосоме 11q. Хотя есть несколько альтернативно сплайсированных продуктов c-локуса, только один показывает активность тирозиназы. Видимо, различные продукты альтернативно сплайсированной мРНК тирозиназы могут служить рецепторами для L-тирозина и L-ДОПА, и могут возможно действовать как положительные ­регуляторы различных функций меланоцитов. Недавно синтезируемая тирозиназа - протеин с молекулярным весом 55 kDa, гликозилируясь в комплексе Гольджи, увеличивается до 65-72 kDa, хотя формы с более высоким молекулярным весом были также описаны. Возможно, ­тирозиназа может действовать как регуляторный протеин, контролируясь внутриклеточными уровнями L-ДОПА; L-ДОПА -потенциальный интракринный регулятор генной экспрессии. Другие члены семейства генов тирозиназы кодируют два других TRP: TRP-1 (gp75 или протеин b-локуса) и TRP-2 (гомолог синевато-серого локуса мышей). Это - цистеин-богатые мембраносвязанные протеины с двумя медь-связывающеми сайтами, которые разделяют приблизительно 40%-ую аминокислотную гомологию. Промоторная область семейства TRP содержит M блок, который связывает продукт гена микрофтальмии, транскриторный фактор основного завиток-петля-завиток семейства. Ген TRP-1 имеет 15-18 КБ длины, содержит восемь экзонов, и расположен на хромосоме 9. TRP-1 действует как оксидаза 6-дигидроксииндол-карбоновых кислот (DHICA), генерируя индол-5,6-куинон-карбоновые кислоты. Ее активность, видимо, важна в эумеланогенезе, в противоположность феомеланогенезу. Ген TRP-2, который содержит восемь экзонов, расположен на хромосоме 13. Протеин TRP-2 действует как допахром таутомераза, которая катализирует ферментативную трансформацию допахрома в DHICA. TRP содержат последовательности, которые могут взаимодействовать, формируя многомерные комплексы 200-700 kDa. Эти последовательности гомологичны EGF, поддерживая роль регуляторов меланоцит-дифференцированных функций для TRP, в дополнение к их механистическому действию как ферменты.

          Другие меланогенез-ассоциированные протеины (МАП) включают протеин Pmel 17, который картирован на хромосоме 12 и является гомологом серебрянному локусу мышей (Таблица 2). Pmel 17 является гликопротеидом, распознающимся моноклональными антителами HMB45, он находится в матриксе меланосом и ­содержит цистеин- и гистидин-богатые области. Альтернативные имена этого протеина - gp100 и HMB50. Pmel 17 катализирует полимеризацию DHICA в меланин. Недавно клонированный p ген, расположенный на хромосоме 15, кодирует мембраносвязанные протеины с определенной гомологией к бактериальному ­транспортеру для тирозина. Мутации в p-локусе могут вести к типу II зрительно-кожного альбинизма. Меланосомы также содержат лизосома-ассоциированные мембранные протеины (LAMP), которые защищают лизосомальную мембрану от растворимых гидроксилаз. Наличие LAMP-1, -2 и -3 в меланосомах поддерживает обычное наследуемое происхождение для меланосом и лизосом. Предполагается, что LAMP-1 может защитить меланосомальную целостность, действуя как ловушка свободных радикалов, ­продуцированных во время меланогенеза. Мембраносвязанный кальций-связывающий протеин калнексин (p90) 90 kDa  возможно также ассоциирован с регуляцией фермента тирозиназы.

Таблица 2. Меланогенез-ассоциированные протеины (МАП)

TRP-1, тирозин-ассоциированный протеин-1; TRP-2, тирозин-ассоциированный протеин-2; LAMP, лизосома-ассоциированные мембранные протеины; MITF, микрофтальмия-ассоциированный транскриторный фактор.

^b Неясно: регуляторный протеин, вероятно протеин ионного обмена