Как волосяные фолликулы чувствуют своё окружение

Учёные Northwestern Medicine обнаружили, как клетки, ответственные за рост волос, воспринимают физические силы в своей среде и используют эту информацию для регуляции своего роста, согласно исследованию, опубликованному в Science Advances.

Стволовые клетки волосяного фолликула (HF-SCs) — это долгоживущие клетки внутри фолликула, ответственные за рост и регенерацию волос на протяжении всей жизни. Во многих тканях, включая волосяные фолликулы, стволовые клетки большую часть времени находятся в спокойном, покоящемся состоянии. Понимание того, как они поддерживают это состояние, имеет решающее значение для разработки терапии облысения и заживления ран, заявил Руи Йи, доктор философии, профессор патологии имени Пола Э. Штайнера и профессор дерматологии.

В исследовании Йи и его коллеги наблюдали за HF-SCs у мышей и обнаружили, что стволовые клетки используют ионный канал PIEZO1 для обнаружения механических сил, таких как натяжение между клетками или давление окружающей ткани. PIEZO1 — это механочувствительный ионный канал, который открывается в ответ на физическую силу и позволяет ионам кальция поступать в клетку.

С помощью передовых методов визуализации учёные проанализировали поток кальция в клетки. HF-SCs соединены друг с другом через белок E-кадгерин, который действует как молекулярная липучка. Исследователи обнаружили, что когда E-кадгерин подвергается воздействию силы около 20 пиконьютонов (триллионная часть ньютона), PIEZO1 активируется.

Эта активация вызывает крошечные всплески кальция — так называемые «кальциевые мерцания» — которые попадают в клетку. Эти кальциевые сигналы помогают удерживать стволовые клетки в состоянии покоя.

Когда исследователи удалили ген PIEZO1 в этих стволовых клетках, клетки получали меньше кальциевых сигналов и с большей вероятностью выходили из состояния покоя. Это говорит о том, что PIEZO1 необходим для поддержания баланса между покоем и ростом в HF-SCs.

Используя одноячеечный геномный анализ, команда также идентифицировала сеть генов, контролируемых PIEZO1. Два ключевых игрока в этой сети — AP1 и NFATC1 — гены, кодирующие факторы транскрипции, которые помогают регулировать гены, участвующие в структуре клетки и адгезии. Эти гены помогают укреплять уникальную механическую среду, необходимую HF-SCs для поддержания состояния покоя.

По словам Йи, задача PIEZO1, по-видимому, заключается в том, чтобы ощущать, насколько сильна сила вокруг стволовой клетки, а затем запускать экспрессию ещё большего количества генов, чтобы гарантировать сохранение механических свойств.

Результаты открывают новые возможности для манипулирования поведением стволовых клеток в регенеративной медицине и исследованиях старения.

«Механическое восприятие силы и последующая регуляция действительно важны для контроля активности стволовых клеток волосяного фолликула», — сказал Йи. — «Когда мы стареем, частота роста волос уменьшается. Мы хотим знать, можем ли мы использовать некоторые из наших выводов, манипулируя определёнными механическими силами, чтобы изменить поведение стволовых клеток и стимулировать их деление или активацию».

Хотя исследование проводилось на мышах, Йи заявил, что надеется подтвердить результаты на людях.