Investigation of the molecular signature of greying hair shafts. (20th May 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Vyumvuhore, Raoul; Verzeaux, Laurie; Gilardeau, Sophie; Bordes, Sylvie; Aymard, Elodie; Manfait, Michel; Closs, Brigitte
• Is Part Of: International journal of cosmetic science. Volume 43:Number 3(2021)
• Page Start: 332
• Page End: 340
• Publication Date: 2021-05-20
• Subjects: canitie -- confocal Raman microspectroscopy -- hair biology -- hair growth -- lipid conformation -- protein secondary structure; Cosmetics -- Periodicals; 668.5505
• DOI: 10.1111/ics.12700
• Languages: English
• ISSNs: 0142-5463

Abstract

Abstract: Objective: 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. Methods: 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. Results: 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. Conclusion: This study thus reports for the first time a highly specific molecular signature as well as molecular modifications within grey hair shaft. Abstract : Raman spectra acquired on pigmented, intermediate and unpigmented hair. (a) Dendrogram showing the hierarchical cluster analysis (HCA) of Raman spectra acquired on hair ex vivo. (b) Mean Raman spectra representative of each group previously determined by HCA. (c) Zoom on Raman spectral region (Raman band center : 1, 580 cm‐1 corresponding to the vibration of the ring νC–C) analyzed to investigate melanin content. (d) Quantification of melanin content in each group. Statistical analyses according to Student's t test compared to pigmented hair (with ***: p < 0.001) Résumé: Objectif: 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. Conclusion: 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.