Стволовые клетки сохраняют память о ранах, что ускоряет заживление, но может вести к хроническим болезням

Небольшой порез — это место кипучей активности. Внутри него группа эпидермальных стволовых клеток активно регенерирует, чтобы залатать рану. Более пристальное изучение показывает, что часть этих клеток — местные, а другие — «пришельцы»: бывшие стволовые клетки волосяного фолликула, которые, почувствовав повреждение, мигрировали к ране и превратились в клетки, похожие на местные эпидермальные.

Новое исследование показывает, что в своем генетическом материале эти перемещенные клетки сохраняют «память» о том, как добраться от фолликула до поверхности кожи, восстановить повреждение и адаптироваться к новому дому. Эти опытные клетки почти неотличимы от нативных, но, как следует из работы в Science, они готовы заживлять раны быстрее, а после повторных повреждений могут развивать воспоминания, ведущие к хроническим заболеваниям и раку.

«Эпидермальные стволовые клетки, происходящие из волосяного фолликула, выглядят так же, как обычные, — говорит Элейн Фукс из Университета Рокфеллера. — Но память об их миграции и повышенная пластичность имеют последствия».

Память не только об воспалении

Ранее было показано, что иммунные клетки приобретают эпигенетические изменения при борьбе с патогенами, что сенсибилизирует их к дальнейшему воспалению (феномен «обученного иммунитета» или воспалительной памяти).

В 2017 году команда Фукс обнаружила, что эпидермальные стволовые клетки, подобно иммунным, могут использовать воспоминания о воспалении для неспецифического краткосрочного ответа на повреждения. Это означает, что кожа, воспаленная однажды, заживет быстрее при повторном повреждении благодаря белкам-«закладкам» в ядре клетки, которые напоминают, какие гены нужно активировать или заглушить.

В новой работе ученые сосредоточились на небольших бытовых повреждениях кожи у мышей. Через 60 дней после травмы они обнаружили, что эпидермальные стволовые клетки действительно помнят воспаление и учатся на нем, чтобы улучшить заживление. Но у этих клеток, покинувших волосяные фолликулы, также обнаружились дополнительные маркеры в генетическом материале, не характерные для обычной тренированной иммунной памяти.

• Память о прошлой и текущей «работе» дала клеткам новую гибкость: они могли регенерировать либо волосы, либо эпидермис в зависимости от задачи.
• Память о миграции позволила клеткам-иммигрантам мобилизоваться на новые повреждения эффективнее, чем местным клеткам.

«Мы были удивлены широким разнообразием и кумулятивной природой воспоминаний, которые могут сохранять стволовые клетки, — говорит первый автор исследования Кевин Гонсалес. — До сих пор эпигенетическая память в основном фиксировала события воспаления, но наши эксперименты показывают, что стволовые клетки потенциально могут помнить и другие вещи, возможно, каждый крупный стимул, с которым они сталкиваются».

Плохие воспоминания

Хотя быстрое заживление — это обычно хорошо, исследования показывают, что эпигенетическая память может вести к хроническим заболеваниям.

«Мы знаем, что вспышки псориаза часто происходят на одних и тех же участках, а при раке опухоли часто возникают в местах предыдущих повреждений, — отмечает Гонсалес. — Это говорит о том, что разнообразие воспоминаний, накопленных со временем, может быть виновно в различных хронических заболеваниях, возникающих в более позднем возрасте».

Фукс добавляет, что у мышей потенциально опасные воспоминания стволовых клеток формируются даже после незначительных травм и сохраняются не менее шести месяцев — что эквивалентно 5–6 годам человеческой жизни. «Вероятно, это происходит с большинством из нас несколько раз в неделю. Скорее всего, эти воспоминания возникли в эволюции, чтобы помочь животным быстрее заживлять раны и защищаться от будущих встреч с патогенами. Однако люди живут дольше, и тревожно думать, что каждый раз мы формируем долговременные воспоминания о наших травмах и воздействии патогенов».

Это исследование вносит вклад в большую работу, помогающую понять множество воспалительных заболеваний, многие из которых развиваются в эпителиальных тканях — нашей первой линии защиты от внешнего мира.

«Преобладающим методом лечения хронических воспалительных заболеваний этих тканей являются иммунодепрессанты, и хотя они могут помочь, появляется все больше доказательств, что подавление иммунной системы может не затрагивать корень проблемы», — говорит Фукс.

В будущем она надеется найти лучшие методы лечения, изучая фундаментальные механизмы формирования дезадаптивных воспоминаний стволовых клеток. «В идеале мы в конечном итоге сможем избавиться от плохих воспоминаний и оставить только хорошие. Мы еще не там, но эти новые открытия вызвали взрыв интереса в самых разных областях исследований и уже направляют нас к новым подходам к лечению болезней».