Исследователи сообщают, что ограничение одной из аминокислот, содержащихся в обычных продуктах питания, может ускорить заживление ран.
В коже есть два типа взрослых стволовых клеток: эпидермальные и стволовые клетки волосяных фолликулов. Их задачи кажутся довольно чётко определёнными: поддержание кожи или поддержание роста волос.
Но, как показали исследования из Рокфеллеровского университета, стволовые клетки волосяных фолликулов (HFSC) могут менять свою «специализацию», участвуя в заживлении кожи при её повреждении. Как эти клетки узнают, что пора менять «профиль»?
Лаборатория, стоящая за этими открытиями, определила ключевой сигнал, сообщающий HFSC, когда прекратить цикл роста волос и заняться восстановлением кожи: интегрированный стрессовый ответ (ISR), который направляет стволовые клетки на сохранение энергии для выполнения основных задач.
В коже дефицит питательных веществ ощущается незаменимой аминокислотой, известной как серин, которая содержится в таких обычных продуктах, как мясо, зерновые и молоко. Как показано в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Cell Metabolism, при снижении уровня серина активируется ISR, что заставляет HFSC замедлять производство волос. Если кожа повреждена на фоне дефицита питательных веществ, ISR активируется ещё сильнее, останавливая производство волос и направляя усилия на восстановление кожи. Такая переориентация ускоряет процесс заживления.
«Дефицит серина запускает высокочувствительный клеточный «регулятор», который точно настраивает судьбу клетки — в сторону кожи и вдали от волос», — говорит первый автор Джесси Новак, нынешний студент программы MD-PhD в Три-институциональной программе MD-PhD при Вейлл Корнелл и бывший аспирант в лаборатории Робин Чермерс Нойштейн по биологии и развитию клеток млекопитающих в Рокфеллеровском университете под руководством Элейн Фукс.
«Наши результаты позволяют предположить, что мы можем ускорить заживление кожных ран, манипулируя уровнем серина с помощью диеты или лекарств».
Взрослые ткани содержат пулы стволовых клеток, которые строго регулируют пролиферацию, дифференциацию и обновление клеток для поддержания гомеостаза, или нормального функционирования, и восстановления ран. Но их метаболические потребности остаются плохо изученными.
Для текущего исследования Новак стремился определить метаболические факторы, которые поддерживают работу стволовых клеток во время повседневных операций, а затем отследить, что меняется, когда травма заставляет HFSC участвовать в восстановлении ран.
«Большинство кожных ран, которые мы получаем, — это ссадины, которые разрушают верхнюю часть кожи. Эта область является домом для пула стволовых клеток, которые обычно берут на себя ответственность за восстановление ран. Но когда эти клетки разрушаются, это заставляет стволовые клетки волосяных фолликулов взять на себя инициативу в восстановлении», — говорит Новак.
«Зная это, мы подумали, что отслеживание этих клеток кожи во время заживления ран представляет собой очень хорошую модель для проверки того, регулируют ли метаболиты этот процесс в целом и как».
Предыдущие результаты из лаборатории Фукс показали, что предраковые стволовые клетки кожи становятся зависимыми от серина, циркулирующего в организме, и что эти клетки можно предотвратить от полного превращения в раковые, ограничив серин в рационе. Эти результаты показали, что метаболит является ключевым регулятором образования опухолей, и вдохновили на проведение испытаний по внедрению диет без серина в качестве лечения рака. Но никто не понимал, как ограничение серина в рационе повлияет на нормальное функционирование тканей. Поэтому Новак сосредоточился на этой аминокислоте в своих исследованиях.
Команда подвергла стволовые клетки волосяных фолликулов серии тестов на метаболический стресс, либо лишив их серина в рационе, либо используя генетические приёмы у мышей, чтобы выборочно предотвратить выработку серина стволовыми клетками волосяных фолликулов. Они обнаружили, что серин находится в прямой и постоянной связи с ISR, триггером, активируемым при нарушении баланса условий в тканях. Когда уровень серина низкий, HFSC снижают рост волос, который требует значительных затрат энергии.
Обратившись к другому стрессовому вызову, команда затем сосредоточилась на восстановлении ран. Они обнаружили, что ISR также активируется в HFSC после травмы. Более того, когда у мышей наблюдается дефицит серина и травма, маятник раскачивается ещё сильнее, подавляя регенерацию волос и способствуя восстановлению ран. Таким образом, ISR измеряет общий уровень стресса в тканях и соответствующим образом определяет приоритеты регенеративных задач.
«Никто не любит терять волосы, но когда дело доходит до выживания в стрессовые времена, восстановление эпидермиса имеет приоритет», — говорит Фукс. «Отсутствие участка волос не является угрозой для животного, но незажившая рана — это угроза».
Стало ясно, что низкий уровень серина оказывает значительное влияние на судьбу и поведение стволовых клеток. Но как насчёт обратного? Может ли большая доза серина ускорить рост волос, например?
К сожалению для всех, кто страдает от выпадения волос, оказывается, что организм строго регулирует количество серина в крови. Когда Новак кормил мышей в шесть раз большим количеством серина, чем обычно, уровень серина у них повысился только на 50%.
«Однако мы увидели, что если мы помешали стволовой клетке вырабатывать собственный серин и восполнили её потери с помощью диеты с высоким содержанием серина, мы смогли частично восстановить регенерацию волос», — добавляет Новак.
Следующим на горизонте является изучение потенциала ускорения заживления ран за счёт снижения содержания серина в рационе или с помощью лекарств, влияющих на уровень серина или активность ISR. Команда также хочет протестировать другие аминокислоты, чтобы выяснить, является ли серин уникальным в своём влиянии.
«В целом, способность стволовых клеток принимать решения о судьбе клеток на основе уровня стресса, который они испытывают, вероятно, будет иметь широкие последствия для того, как ткани оптимизируют свои регенеративные способности в условиях нехватки ресурсов», — говорит Фукс.
Источник: Рокфеллеровский университет.