Обнаружен белок кожи, который использует физическое напряжение для контроля роста тканей

от

Исследователи из Медицинского центра Джонса Хопкинса сообщают о новых доказательствах того, что белок Piezo1 контролирует рост кожи, обнаруживая растяжение кожи и координируя метаболические и иммунные изменения, необходимые для роста. Эксперты считают, что полученные данные могут в конечном итоге помочь врачам разработать неинвазивные терапевтические подходы для создания новой кожи для лечения ожогов и других травм, требующих пересадки кожи.

Как физическое напряжение влияет на рост кожи

Учёные давно выяснили, что слишком сильное физическое напряжение, определяемое как внутреннее и внешнее напряжение, испытываемое клетками и структурами в организме, приводит к разрыву кожи. Однако умеренные уровни напряжения способствуют росту, например, изменениям в организме, наблюдаемым во время развития ребёнка и беременности.

Рост кожи под воздействием напряжения включает эпидермис (наружный слой кожи) и дерму (средний слой кожи), но молекулярный контроль этого процесса оставался неясным. В то же время исследователи знают, что заживление ран, другой процесс в организме, который включает рост кожи, контролируется сигнальным путём Hippo и требует координации между клетками крови, жира, иммунной системы, нервами и кожей.

Роль белка Piezo1 в росте кожи

Предыдущие исследования показали, что Piezo1, так называемый механотрансдукторный белок, который превращает физическую силу в биологические сигналы, присутствует в коже в высоких концентрациях, что указывает на его потенциальную роль в росте кожи.

В серии экспериментов, опубликованных 25 июля в журнале Nature Communications, исследовательская группа под руководством Медицинского центра Джонса Хопкинса (JHM) попыталась выяснить, как Piezo1 может ощущать механическое растяжение и реагировать на него. Для этого они сначала определили молекулярные сигналы, запускаемые при растяжении кожи у мышей, а затем изучили, как эти сигналы могут способствовать росту при манипулировании активностью Piezo1.

Согласно Yingchao Xue, доктору философии, первому автору исследования и научному сотруднику в лаборатории Гарзы в Школе медицины Университета Джонса Хопкинса, команда использовала аналитический метод, известный как пространственная транскриптомика, чтобы сравнить уровни экспрессии генов и физическое расположение активированных генов в образцах кожи, собранных через 14, 32 и 70 дней после расширения.

В расширенных образцах команда обнаружила, что показатели генов, связанных с растяжением, ангиогенезом и стрессовыми гранулами, которые они создали на основе существующей литературы, увеличились в 2,1 раза, 1,4 раза и 1,4 раза соответственно. Повышенные показатели плюс повышенная активность иммунных клеток, присутствующая во всех образцах, указывали на системную, скоординированную реакцию на повышенное напряжение кожи.

«Существующая литература показала, что пути, которые мы идентифицировали, тесно связаны с экспрессией Piezo1», — говорит Сюэ. Один из путей, сигнальный путь TGF-beta, регулирует функцию иммунной системы и рост клеток.

Влияние активности Piezo1 на рост кожи

Чтобы изучить роль Piezo1, команда попыталась выяснить, как увеличение или уменьшение активности Piezo1 повлияет на рост кожи под воздействием напряжения. Для этого исследователи сначала обработали группу мышей активатором Piezo1, Yoda1. Они обнаружили, что лечение Yoda1 увеличило экспрессию путей воспаления и метаболизма, связанных с напряжением, за меньшее время, чем наблюдалось ранее у расширенных и нерасширенных мышей, что привело к увеличению площади поверхности кожи на 130%, веса кожи на 120% и толщины эпидермиса на 130% по сравнению с контрольными мышами, не подвергавшимися лечению.

«Поскольку увеличение экспрессии Piezo1 дополнительно усилило экспрессию путей, мы смогли показать, что это ключевой триггер роста кожи», — говорит Сюэ.

Затем группа создала линию мышей с «нокаутом» Piezo1, у которых белок Piezo1 был выборочно удалён из кожи при лечении тамоксифеном. У мышей с нокаутом наблюдалось среднее снижение площади поверхности кожи в 0,9 раза, снижение веса кожи в 0,84 раза и снижение толщины эпидермиса в 0,80 раза по сравнению с контролем, что демонстрирует, что отсутствие Piezo1 негативно влияет на способность организма адаптироваться и расти под физическим напряжением.

Вместе, по словам Сюэ, полученные данные, как полагают, являются первыми, демонстрирующими, что Piezo1 играет ключевую роль в регуляции молекулярных изменений, необходимых для способности кожи расти в ответ на механический стресс.

Исследователи считают, что их исследование может ускорить поиск безопасных и эффективных способов выращивания кожи, что поможет пациентам, подвергающимся реконструктивной хирургии при ожогах, травмах или врождённых дефектах.

В будущем исследовательская группа планирует изучить, как их выводы применимы к людям.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте