В новом исследовании ученые Гарвардского университета обнаружили причину: типы клеток, вызывающие мурашки по коже, также важны для регулирования стволовых клеток, которые регенерируют волосяной фолликул и волосы. Под кожей мышца, которая сокращается, вызывая мурашки по коже, необходима для соединения симпатического нерва со стволовыми клетками волосяного фолликула. Симпатический нерв реагирует на холод, сокращая мышцы и вызывая мурашки по коже в краткосрочной перспективе, а также стимулируя активацию стволовых клеток волосяных фолликулов и рост новых волос в долгосрочной перспективе.
Эти данные, опубликованные в журнале Cell, на мышах дают исследователям лучшее понимание того, как различные типы клеток взаимодействуют, чтобы связать активность стволовых клеток с изменениями во внешней среде.
"Нам всегда было интересно понять, как поведение стволовых клеток регулируется внешними стимулами. Кожа – это увлекательная система: она состоит из множества стволовых клеток, окруженных различными типами клеток, и расположена на стыке нашего тела и внешнего мира.
Следовательно, его стволовые клетки потенциально могут реагировать на разнообразные стимулы – из ниши, всего тела или даже внешней среды », – сказал Я-Чие Сюй, доцент кафедры стволовых клеток и регенеративной биологии Элвина и Эста Стар. , который провел исследование в сотрудничестве с профессором Сунг-Янь Линь из Национального Тайваньского университета. «В этом исследовании мы выявили интересную двухкомпонентную нишу, которая не только регулирует стволовые клетки в устойчивом состоянии, но также модулирует поведение стволовых клеток в соответствии с изменениями температуры на улице."
Система регулирования роста волос
Многие органы состоят из трех типов тканей: эпителия, мезенхимы и нервов. В коже эти три линии передачи организованы в особом порядке.
Симпатический нерв, часть нашей нервной системы, которая контролирует гомеостаз тела и нашу реакцию на внешние раздражители, соединяется с крошечной гладкой мышцей в мезенхиме. Эта гладкая мышца, в свою очередь, соединяется со стволовыми клетками волосяного фолликула, типом эпителиальных стволовых клеток, критически важных для регенерации волосяного фолликула, а также заживления ран.
Связь между симпатическим нервом и мышцей хорошо известна, поскольку они являются клеточной основой мурашек по коже: холод запускает симпатические нейроны, чтобы посылать нервный сигнал, а мышца реагирует сокращением и заставляет волосы встать дыбом. Однако при изучении кожи в чрезвычайно высоком разрешении с помощью электронной микроскопии исследователи обнаружили, что симпатический нерв не только связан с мышцами, но и образует прямую связь со стволовыми клетками волосяного фолликула. Фактически, нервные волокна обвивают стволовые клетки волосяного фолликула как ленту.
«Мы действительно смогли увидеть на уровне ультраструктуры, как взаимодействуют нерв и стволовые клетки. Нейроны, как правило, регулируют возбудимые клетки, как и другие нейроны или мышцы с синапсами. Но мы были удивлены, обнаружив, что они образуют похожие синапсоподобные структуры с эпителиальными стволовыми клетками, что не является очень типичной мишенью для нейронов », – сказал Сюй.
Затем исследователи подтвердили, что нерв действительно нацелился на стволовые клетки. Симпатическая нервная система обычно активируется на постоянном низком уровне для поддержания гомеостаза тела, и исследователи обнаружили, что этот низкий уровень нервной активности поддерживает стволовые клетки в уравновешенном состоянии, готовом к регенерации.
При длительном холоде нерв активировался на гораздо более высоком уровне, и было высвобождено больше нейротрансмиттеров, в результате чего стволовые клетки быстро активировались, регенерировали волосяной фолликул и вырастали новые волосы.
Исследователи также исследовали, что поддерживает нервные связи со стволовыми клетками волосяного фолликула. Когда они удалили мышцу, связанную с волосяным фолликулом, симпатический нерв втягивался, и нервная связь со стволовыми клетками волосяного фолликула была потеряна, показывая, что мышца была необходимой структурной опорой для соединения симпатического нерва с волосяным фолликулом.
Как развивается система
Помимо изучения волосяного фолликула в его полностью сформированном состоянии, исследователи изучили, как изначально развивается система – как мышца и нерв достигают волосяного фолликула в первую очередь.
"Мы обнаружили, что сигнал исходит от самого развивающегося волосяного фолликула.
Он выделяет белок, который регулирует формирование гладкой мускулатуры, которая затем привлекает симпатический нерв. Затем у взрослого человека взаимодействие меняется: нерв и мышца вместе регулируют стволовые клетки волосяного фолликула для регенерации нового волосяного фолликула.
Это замыкает весь круг – развивающийся волосяной фолликул занимает свою собственную нишу », – сказала Юлия Шварц, научный сотрудник лаборатории Сюй. Она была соавтором исследования вместе с Мерьем Гонсалес-Селейро, аспирантом лаборатории Сюй, и Чи-Лунг Чен, научным сотрудником лаборатории Линь.
Реагируя на окружающую среду
С помощью этих экспериментов исследователи определили двухкомпонентную систему, регулирующую стволовые клетки волосяного фолликула. Нерв – это сигнальный компонент, который активирует стволовые клетки через нейротрансмиттеры, а мышца – структурный компонент, который позволяет нервным волокнам напрямую соединяться со стволовыми клетками волосяного фолликула.
«Стволовые клетки волосяных фолликулов можно регулировать разными способами, и они являются прекрасными моделями для изучения регенерации тканей», – сказал Шварц. "Эта конкретная реакция помогает сочетать регенерацию тканей с изменениями во внешнем мире, такими как температура. Это двухуровневая реакция: мурашки по коже – быстрый способ обеспечить какое-то облегчение в краткосрочной перспективе. Но когда холод длится, стволовые клетки могут узнать, что пришло время регенерировать новый волосяной покров."
В будущем исследователи будут дополнительно изучать, как внешняя среда может влиять на стволовые клетки кожи, как в условиях гомеостаза, так и в ситуациях восстановления, таких как заживление ран.
«Мы живем в постоянно меняющейся среде. Поскольку кожа всегда находится в контакте с внешним миром, это дает нам возможность изучить, какие механизмы стволовые клетки в нашем организме используют для интеграции производства тканей с меняющимися потребностями, что важно для процветания организмов в этом динамичном мире », – сказал Хсу.
Это исследование было поддержано New York Stem Cell Foundation, Smith Family Foundation Odyssey Award, Pew Charitable Trusts, Гарвардским центром NeuroDiscovery, Гарвардским институтом стволовых клеток, инновационным грантом декана Гарвардской медицинской школы, Американским онкологическим обществом, Национальными институтами здравоохранения, Министерством Тайваня. Наука и технологии, Госпиталь при Национальном университете Тайваня.