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Human hair pigmentation – biological aspects

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Synopsis Skin and hair colour contribute significantly to our overall visual appearance and to social/sexual communication. Despite their shared origins in the embryologic neural crest, the hair follicle and epidermal pigmentary units occupy distinct, although open, cutaneous compartments. They can be distinguished principally on the basis of the former’s stringent coupling to the hair growth cycle compared with the latter’s continuous melanogenesis. The biosynthesis of melanin and its subsequent transfer from melanocyte to hair bulb keratinocytes depend on the availability of melanin precursors and on a raft of signal transduction pathways that are both highly complex and commonly redundant. These signalling pathways can be both dependent and independent of receptors, act through auto-, para- or intracrine mechanisms and can be modified by hormonal signals. Despite many shared features, follicular melanocytes appear to be more sensitive than epidermal melanocytes to ageing influences. This can be seen most dramatically in hair greying/canities and this is likely to reflect significant differences in the epidermal and follicular microenvironments. The hair follicle pigmentary unit may also serve as an important environmental sensor, whereby hair pigment contributes to the rapid excretion of heavy metals, chemicals and toxins from the body by their selective binding to melanin; rendering the hair fibre a useful barometer of exposures. The recent availability of advanced cell culture methodologies for isolated hair follicle melanocytes and for intact anagen hair follicle organ culture should provide the research tools necessary to elucidate the regulatory mechanisms of hair follicle pigmentation. In the longer term, it may be feasible to develop hair colour modifiers of a biological nature to accompany those based on chemicals.

French
Résumé

La couleur de la peau et des cheveux contribuent de façon significative à notre aspect visuel ainsi qu’à la communication sociale et sexuelle. Malgré leurs différentes origines dans la crête neuronale embryologique, les follicules pileux et les unités pigmentaires épidermiques occupent des compartiments cutanés distincts bien qu’ouverts. Ce qui distingue le follicule pileux des unités épidermiques pigmentaires, c’est pour le premier la relation étroite avec le cycle de croissance du cheveu et pour le second la relation avec la mélanogénèse continue dans l’épiderme. La biosynthèse de la mélanine et son transfert subséquent du mélanocyte aux kératinocytes du bulbe pileux dépend de la disponibilité des précurseurs de mélanine et d’une série de voies de transduction du signal qui sont tous deux très complexes et normalement redondants. Ces voies de signalisation peuvent être toutes deux dépendantes et indépendantes des récepteurs, agir au travers de mécanismes auto-, para- ou intracrines et peuvent être modifiées par les signaux hormonaux. Malgré de nombreux traits communs, les mélanocytes folliculaires apparaissent être plus sensibles que les mélanocytes épidermiques aux influences de l’âge. Ceci peut-être vérifié clairement dans le cas de grisaillement/canitie des cheveux, ce qui révèle des différences significatives dans les micro-environnements épidermiques et folliculaires. L’unité pigmentaire folliculaire peut également être un capteur environnemental efficace, du fait que les pigments des cheveux contribuent à l’excrétion rapide des métaux lourds, de produits chimiques et de toxines par leur liaison sélective avec la mélanine, transformant ainsi la fibre capillaire en un baromètre utile pour évaluer les expositions. Les méthodologies disponibles depuis peu de cultures cellulaires avancées pour cultiver des mélanocytes isolés du follicule pileux et des follicules pileux anagènes intacts devraient fournir les outils de recherche nécessaires à la compréhension des mécanismes de régulation de la pigmentation du follicule pileux. A plus long terme, il devrait être possible de développer des modificateurs de la couleur des cheveux de nature biologique pour accompagner ceux reposant sur l’utilisation des produits chimiques.
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Keywords: melanin; melanocyte; melanosome

Document Type: Review Article

Publication date: August 1, 2008

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