Согласно проведённому недавно исследованию, некоторые стволовые клетки обладают уникальной способностью перемещаться между зонами роста волосяных фолликул, но с возрастом застревают и теряют свою способность созревать и поддерживать цвет волос.
В центре внимания исследователей из Медицинской школы Гроссмана Нью-Йоркского университета были клетки мышиной кожи, а также человеческие клетки, которые называются стволовыми клетками меланоцитов (СКМ). Цвет волос зависит от отвечающих за него белковых пигментов, посылающих нефункциональным, но постоянно размножающимся пулам СКМ в волосяных фолликулах сигнал становиться зрелыми.
19 апреля в онлайн-выпуске журнала «Nature» опубликованы результаты исследования, показавшего, что СКМ удивительно пластичны: в процессе нормального роста волос эти клетки, курсируя между компартментами развивающихся волосяных фолликулов, постоянно перемещаются туда-сюда по оси зрелости. Именно внутри компартментов волосяных фолликулов СКМ подвергаются воздействию влияющих на их зрелость белковых сигналов разного уровня.
В частности, исследовательская группа установила, что при созревании СКМ их трансформация от простейшего состояния к следующему, транзитно-амплифицирующему, зависит от их местоположения.
Учёные обнаружили, что по мере того, как волосы стареют, выпадают, а затем неоднократно вырастают вновь, всё большее количество СКМ застревает в компартменте стволовых клеток, который называется бугорком (bulge) волосяного фолликула. Там они и остаются, не созревая до транзитно-амплифицирующего состояния и не возвращаясь к своему исходному местоположению в компартменте зародыша, где белки Wnt стимулировали бы их регенерацию в пигментные клетки.
«Наше исследование дополняет базовое понимание влияния стволовых клеток меланоцитов на окрашивание волос, — говорит ведущий исследователь Ци Сунь (Qi Sun), доктор философии, научный сотрудник медицинского центра Лангон при Нью-Йоркском университете. — Выявленные у мышей механизмы позволяют предполагать, что такая же фиксация положения стволовых клеток меланоцитов имеет место и у людей. Если это так, то можно попытаться обращать вспять или предотвращать поседение человеческих волос, помогая застрявшим клеткам вновь обрести способность перемещаться между развивающимися компартментами волосяных фолликул».
Исследователи утверждают, что пластичность СКМ отсутствует в других способных к саморегенерации стволовых клетках, например формирующих сам волосяной фолликул: по мере созревания в течение предопределённого периода времени эти клетки, как известно, движутся только в одном направлении. Например, транзитно-амплифицирующиеся клетки волосяных фолликулов никогда не возвращаются к исходному состоянию стволовых клеток. Это помогает объяснить, почему волосы продолжают расти даже при исчезновении пигментации, отмечает Сунь.
Ранее та же исследовательская группа Нью-Йоркского университета показала, что передача сигналов Wnt необходима для стимулирования созревания СКМ и производства пигмента и что в бугорке волосяного фолликула СКМ во много триллионов раз меньше подвергаются воздействию сигналов Wnt, чем в компартменте зародыша, расположенном непосредственно под бугорком.
В последних экспериментах на мышах, чьи волосы были физически состарены путём выщипывания и искуственного отращивания, количество волосяных фолликулов с СКМ в бугорке, значительно увеличилось: с 15% перед экспериментально вызванным старением до почти 50% после. Эти клетки оставались неспособными к регенерации или созреванию в продуцирующие пигмент меланоциты.
Как обнаружили исследователи, у застрявших СКМ, когда к ним перестало приходить большое количество сигналов Wnt, исчезла регенерация и, как следствие, способность производить пигмент в новых волосяных фолликулах, которые продолжали расти.
Напротив, в течение всего двухлетнего периода исследования другие СКМ, продолжавшие перемещаться между бугорком фолликула и зародышем, сохраняли, будучи СКМ, свою способность к регенерации, созреванию в меланоциты и продуцированию пигмента.
«Именно утрата хамелеоноподобной функции стволовыми клетками меланоцитов может вызывать поседение и обесцвечивание волос», — утверждает старший исследователь Маюми Ито (Mayumi Ito), доктор философии, профессор кафедры дерматологии имени Рональда О. Перельмана и кафедры клеточной биологии в медицинском центре Лангон при Нью-Йоркском университете.
«Эти результаты показывают, что ключ к поддержанию здоровья и цвета волос — подвижность стволовых клеток меланоцитов и обратимая дифференцировка», — говорит Ито.
Как сообщила Ито, у команды есть планы исследовать способы восстановления подвижности СКМ и физического перемещения их обратно в компартмент зародыша, где они могут производить пигмент.
Для исследования учёные использовали новейшие методы прижизненной 3D-визуализации и scRNA-seq, чтобы отслеживать клетки по мере их старения и перемещений внутри каждого волосяного фолликула почти в реальном времени.