Nowe badanie pokazuje, że niektóre komórki macierzyste mają wyjątkową zdolność przemieszczania się między przedziałami wzrostu w mieszkach włosowych, ale utkną wraz z wiekiem i tracą zdolność do dojrzewania i utrzymywania koloru włosów.
Nowe prace, prowadzone przez naukowców z NYU Grossman School of Medicine, koncentrowały się na komórkach w skórze myszy, a także znalezionych u ludzi, zwanych komórkami macierzystymi melanocytów lub McSC. Kolor włosów jest kontrolowany przez to, czy niefunkcjonalne, ale stale namnażające się pule McSC w mieszkach włosowych otrzymują sygnał, aby stać się dojrzałymi komórkami, które sprawiają, że pigmenty białkowe odpowiadają za kolor.
Publikując w czasopiśmie Nature online 19 kwietnia, nowe badanie wykazało, że McSC są niezwykle plastyczne. Oznacza to, że podczas normalnego wzrostu włosów takie komórki nieustannie poruszają się tam iz powrotem na osi dojrzałości, gdy przechodzą między przedziałami rozwijającego się mieszka włosowego. To właśnie w tych przedziałach McSC są narażone na różne poziomy sygnałów białkowych wpływających na dojrzałość.
W szczególności zespół badawczy odkrył, że McSC przekształcają się między najbardziej prymitywnym stanem komórek macierzystych a kolejnym etapem ich dojrzewania, stanem wzmacniającym tranzyt, w zależności od ich lokalizacji.
Naukowcy odkryli, że gdy włosy starzeją się, wypadają, a następnie wielokrotnie odrastają, coraz większa liczba McSC utknie w przedziale komórek macierzystych zwanym wybrzuszeniem mieszków włosowych. Tam pozostają, nie dojrzewają do stanu wzmacniającego tranzyt i nie wracają do swojego pierwotnego miejsca w przedziale zarodkowym, gdzie białka WNT popychałyby je do regeneracji w komórki pigmentowe.
„Nasze badanie poszerza naszą podstawową wiedzę o tym, jak komórki macierzyste melanocytów działają na kolor włosów” – powiedział główny badacz badania Qi Sun, doktor habilitowany w NYU Langone Health. „Nowo odkryte mechanizmy stwarzają prawdopodobieństwo, że takie samo stałe umiejscowienie komórek macierzystych melanocytów może istnieć u ludzi. Jeśli tak, przedstawia to potencjalną ścieżkę odwracania lub zapobiegania siwieniu ludzkich włosów poprzez pomaganie zablokowanym komórkom w ponownym przemieszczaniu się między rozwijającymi się mieszkami włosowymi. przedziały”.
Naukowcy twierdzą, że plastyczność McSC nie występuje w innych samoregenerujących się komórkach macierzystych, takich jak te tworzące sam mieszek włosowy, o których wiadomo, że w miarę dojrzewania poruszają się tylko w jednym kierunku wzdłuż ustalonej osi czasu. Na przykład wzmacniające tranzyt komórki mieszków włosowych nigdy nie powracają do pierwotnego stanu komórek macierzystych. To pomaga częściowo wyjaśnić, dlaczego włosy mogą rosnąć nawet wtedy, gdy ich pigmentacja zawodzi, mówi Sun.
Wcześniejsze prace tego samego zespołu badawczego z NYU wykazały, że sygnalizacja WNT jest potrzebna do stymulacji McSC do dojrzewania i produkcji pigmentu. Badanie to wykazało również, że McSCs były wiele bilionów razy mniej narażone na sygnalizację WNT w wybrzuszeniu mieszków włosowych niż w przedziale zarodkowym włosa, który znajduje się bezpośrednio pod wybrzuszeniem.
W ostatnich eksperymentach na myszach, których włosy były fizycznie postarzane przez wyrywanie i wymuszony odrost, liczba mieszków włosowych z McSC utkwionymi w wybrzuszeniu mieszków włosowych wzrosła z 15% przed wyskubywaniem do prawie połowy po wymuszonym starzeniu. Komórki te pozostawały niezdolne do regeneracji lub dojrzewania do melanocytów wytwarzających pigment.
Naukowcy odkryli, że zablokowane McSC przestały się regenerować, ponieważ nie były już narażone na wiele sygnałów WNT, a tym samym ich zdolność do wytwarzania pigmentu w nowych mieszkach włosowych, które nadal rosły.
Dla kontrastu, inne McSC, które nadal przemieszczały się tam iz powrotem między wybrzuszeniem mieszków włosowych a zarodkiem włosa, zachowały swoją zdolność do regeneracji jako McSC, dojrzewania do melanocytów i produkcji pigmentu przez cały okres badania wynoszący dwa lata.
„To utrata funkcji podobnych do kameleona w komórkach macierzystych melanocytów może być odpowiedzialna za siwienie i utratę koloru włosów” – powiedział starszy badacz, dr Mayumi Ito, profesor na Wydziale Dermatologii im. Ronalda O. Perelmana. biologii komórki na NYU Langone Health.
„Te odkrycia sugerują, że ruchliwość komórek macierzystych melanocytów i odwracalne różnicowanie są kluczem do utrzymania zdrowych i kolorowych włosów” – powiedział Ito, który jest również profesorem na Wydziale Biologii Komórki na Uniwersytecie Nowojorskim Langone.
Ito mówi, że zespół planuje zbadać sposoby przywrócenia ruchliwości McSC lub fizycznego przeniesienia ich z powrotem do przedziału zarodkowego, gdzie mogą wytwarzać pigment.
W badaniu naukowcy wykorzystali najnowsze techniki obrazowania przyżyciowego 3D i scRNA-seq do śledzenia komórek w czasie niemal rzeczywistym, w miarę jak się starzeją i poruszają w każdym mieszku włosowym.
Finansowanie badania zostało zapewnione przez granty National Institutes of Health P30CA016087, S10OD021747, R01AR059768, R01AR074995 i U54CA263001; oraz Departament Obrony przyznaje W81XWH2110435 i W81XWH2110510.
Oprócz Sun i Ito, inni badacze z NYU Langone zaangażowani w to badanie to współbadacze: Wendy Lee, Hai Hu, Tatsuya Ogawa, Sophie De Leon, Ioanna Katehis, Chae Ho Lim, Makoto Takeo, Michael Cammer i Denise Gay. Inni współbadacze badania to M. Mark Taketo z Uniwersytetu w Kioto w Japonii i Sarah Millar z Icahn School of Medicine w Mount Sinai w Nowym Jorku.