Учёные из Northwestern Medicine выяснили, как клетки, отвечающие за рост волос, воспринимают физические воздействия в окружающей среде и используют эту информацию для регуляции своего роста. Исследование [опубликовано](https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt2771) в журнале Science Advances.
Стволовые клетки волосяного фолликула (HF-SCs)
Стволовые клетки волосяного фолликула (HF-SCs) — это долгоживущие клетки внутри волосяного фолликула, которые отвечают за рост волос и регенерацию на протяжении всей жизни человека. В большинстве тканей, включая волосяные фолликулы, стволовые клетки проводят большую часть времени в спокойном, неактивном состоянии. Понимание того, как они поддерживают это состояние, имеет решающее значение для разработки методов лечения выпадения волос и заживления ран, — говорит Руи Йи, доктор философии и профессор патологии имени Пола Э. Стайнера, а также профессор дерматологии.
Восприятие механических сил
«Вопрос заключается в том, как клетки ощущают механическое воздействие и как они преобразуют это воздействие в сигналы, чтобы определить, что им делать. Ранее это было неясно», — сказал Йи, старший автор исследования.
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 напряжение между клетками или давление со стороны окружающих тканей. PIEZO1 — это механочувствительный ионный канал, который открывается в ответ на физическое воздействие и позволяет ионам кальция проникать в клетку.
Используя передовые методы визуализации, исследователи проанализировали поток кальция в клетки. HF-SCs соединены друг с другом через белок E-cadherin, который действует как молекулярная липучка. Исследователи обнаружили, что, когда E-cadherin натягивается с силой около 20 пиконьютонов (триллионная доля ньютона), PIEZO1 активируется.
Эта активация вызывает небольшие всплески кальция, называемые «мерцаниями кальция», которые проникают в клетку. Эти сигналы кальция помогают поддерживать стволовые клетки в состоянии покоя.
Когда исследователи удалили ген PIEZO1 в этих стволовых клетках, клетки получили меньше сигналов кальция 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, — сказал Йи.
Используя анализ генома отдельных клеток, команда также определила сеть генов, контролируемых PIEZO1. Двумя ключевыми игроками в этой сети являются AP1 и NFATC1 — гены, которые кодируют факторы транскрипции, помогающие регулировать гены, участвующие в структуре клеток и адгезии. Эти гены помогают поддерживать уникальную механическую среду, необходимую HF-SCs для сохранения состояния покоя.
По словам Йи, работа PIEZO1 заключается в том, чтобы ощущать, насколько сильна сила вокруг стволовой клетки, и затем активировать стволовую клетку для экспрессии ещё большего количества генов, чтобы убедиться, что механические свойства поддерживаются.
Перспективы в регенеративной медицине
Результаты открывают новые возможности для манипулирования поведением стволовых клеток в регенеративной медицине и исследованиях старения, — сказал Йи.
«Восприятие механических сил и последующая регуляция действительно важны для контроля активности стволовых клеток волосяного фолликула», — сказал Йи. «Когда мы становимся старше, частота роста волос уменьшается. Мы хотим знать, сможем ли мы использовать некоторые из наших выводов, манипулируя определёнными механическими силами, чтобы изменить поведение стволовых клеток, стимулировать их деление или активацию».
Исследование проводилось на мышах, но Йи надеется подтвердить результаты на людях. «Исследование было проведено только на мышах в качестве доказательства принципа. Возможно, однажды мы сможем начать лечить человеческие заболевания, связанные с выпадением волос», — сказал он.