Клеточная скученность в коже: как стволовые клетки чувствуют плотность соседей для принятия решений

Кожа человека — сложный орган, служащий барьером от патогенов и токсинов. Она постоянно обновляется и меняет размер, чтобы точно покрывать тело. Каждая клетка кожи выполняет свою задачу в зависимости от положения. Учёные из Института биологии старения Общества Макса Планка в Кёльне показали, что плотность и скученность клеток критически важны для определения судьбы отдельных стволовых клеток и движения дифференцирующихся клеток вверх в ткани. Это обеспечивает правильное позиционирование всех типов клеток.

Эпидермис взрослой кожи состоит из разных слоёв. Стволовые клетки находятся в нижнем слое, где их задача — производить новые клетки. Эти клетки затем дифференцируются и перемещаются вверх в более специализированные слои. Процесс дифференцировки включает постоянные изменения свойств клеток для оптимального выполнения барьерной функции. Кожа должна поддерживать сбалансированное количество стволовых и дифференцированных клеток, иначе структура и функция ткани нарушатся.

Локальный стресс, вызванный скученностью, ведёт к дифференцировке

Исследователи проанализировали ткани эмбрионов мышей и культивируемые стволовые клетки и обнаружили элегантный механизм, основанный на механическом управлении.

Учёные наблюдали, что делящиеся стволовые клетки вызывают локальный эффект скученности в слое стволовых клеток, что деформирует соседние клетки. Эта компрессия и деформация запускала дифференцировку соседней клетки. Скученные и сжатые клетки меняют свои свойства, что приводит к их «побегу» от локального стресса в нижнем слое и движению вверх.

«То, что клетки чувствуют, что делают их соседи, и делают прямо противоположное, обеспечивает очень эффективный и простой способ поддержания размера, архитектуры и функции ткани», — объясняет ведущий автор исследования Екатерина Мирошникова.

Эти результаты впервые демонстрируют, как такая сложная ткань, как кожа человека, может генерировать и поддерживать свою структуру с помощью очень простых принципов самоорганизации. В будущем группа продолжит использовать комбинацию компьютерного моделирования и клеточной биологии, чтобы выяснить, как генетические мутации, возникающие при раке, влияют на пролиферацию и механику стволовых клеток, нарушая этот процесс.