Если вы когда-нибудь задавались вопросом, почему у нас мурашки по коже, вы находитесь в хорошей компании -как и Чарльз Дарвин, который размышлял о них в своих работах по эволюции. Мурашки по коже могут защитить животных с густой шерстью от холода, но мы, люди, похоже, не очень выигрываем от этой реакции - так почему же она сохранялась в течение эволюции все это время?
В новом исследовании ученые Гарвардского университета обнаружили причину: типы клеток, которые вызывают мурашки, также важны для регуляции стволовых клеток, которые регенерируют волосяной фолликул и волосы. Под кожей мышца, которая сокращается, чтобы создать мурашки, необходима для соединения симпатического нерва со стволовыми клетками волосяных фолликулов. Симпатический нерв реагирует на холод, сокращая мышцу и вызывая мурашки в краткосрочной перспективе, а также стимулируя активацию стволовых клеток волосяных фолликулов и рост новых волос в долгосрочной перспективе.
Опубликованные в журнале Cell, эти результаты на мышах дают исследователям лучшее понимание того, как различные типы клеток взаимодействуют, чтобы связать активность стволовых клеток с изменениями во внешней среде.
"Мы всегда были заинтересованы в понимании того, как поведение стволовых клеток регулируется внешними стимулами. Кожа-это удивительная система: она имеет множество стволовых клеток, окруженных различными типами клеток, и расположена на границе между нашим телом и внешним миром. Таким образом, его стволовые клетки потенциально могут реагировать на различные стимулы-из ниши, всего тела или даже из внешней среды",-сказал Я-Чи Хсу, адъюнкт-профессор стволовых клеток и регенеративной биологии Alvin and Esta Star, который руководил исследованием в сотрудничестве с профессором Сун-Ян Линем из Национального Тайваньского университета. "В этом исследовании мы выявили интересную двухкомпонентную нишу, которая не только регулирует стволовые клетки в стационарном состоянии, но и модулирует поведение стволовых клеток в соответствии с изменениями температуры снаружи."
Система для регулирования роста волос
Многие органы состоят из трех типов тканей: эпителия, мезенхимы и нерва. В коже эти три линии организованы в особом порядке. Симпатический нерв, часть нашей нервной системы, которая контролирует гомеостаз организма и наши реакции 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 для восстановления РАН.
Связь между симпатическим нервом и мышцей хорошо известна, поскольку они являются клеточной основой мурашек: холод заставляет симпатические нейроны посылать нервный сигнал, и мышца реагирует, сокращаясь и заставляя волосы вставать дыбом. Однако при исследовании кожи под чрезвычайно высоким разрешением с помощью электронной микроскопии исследователи обнаружили, что симпатический нерв не только связан с мышцей, но и образует прямую связь со стволовыми клетками волосяного фолликула. На самом деле, нервные волокна обернуты вокруг стволовых клеток волосяного фолликула, как лента.
"Мы действительно могли бы увидеть на ультраструктурном уровне, как взаимодействуют нерв и стволовая клетка. Нейроны, как правило, регулируют возбудимые клетки, подобно другим нейронам или мышцам с синапсами. Но мы были удивлены, обнаружив, что они образуют сходные синапсоподобные структуры с эпителиальной стволовой клеткой, которая не является очень типичной мишенью для нейронов",-сказал Хсу.
Затем исследователи подтвердили, что нерв действительно нацелен на стволовые клетки. Симпатическая нервная система обычно активируется на постоянном низком уровне для поддержания гомеостаза организма, 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 высвобождалось больше нейротрансмиттеров, что заставляло стволовые клетки быстро активироваться, регенерировать волосяной фолликул и выращивать новые волосы.
Исследователи также исследовали, что поддерживает нервные связи со стволовыми клетками волосяных фолликулов. Когда они удалили мышцу, соединенную с волосяным фолликулом, симпатический нерв втянулся, и нервная связь со стволовыми клетками волосяного фолликула была потеряна, показывая, что мышца была необходимой структурной опорой для моста симпатического нерва к волосяному фолликулу.
Как развивается система
В дополнение к изучению волосяного фолликула в его полностью сформированном состоянии, исследователи исследовали, как система изначально развивается - как мышцы и нервы достигают волосяного фолликула в первую очередь.
"Мы обнаружили, что сигнал исходит от самого развивающегося волосяного фолликула. Он выделяет белок, который регулирует образование гладкой мускулатуры, которая затем притягивает симпатический нерв. Затем у взрослого человека взаимодействие разворачивается, причем нерв и мышца вместе регулируют стволовые клетки волосяного фолликула, чтобы регенерировать новый волосяной фолликул. Это замыкает весь круг-развивающийся волосяной фолликул создает свою собственную нишу", - говорит Юлия Шварц, аспирант лаборатории Hsu. Она была одним из первых авторов исследования, наряду с Мерием Гонсалес-Селейро, аспиранткой в лаборатории Hsu, и Чи-Лун Чен, аспиранткой в лаборатории Lin.
Реагирование на окружающую среду
С помощью этих экспериментов исследователи выявили двухкомпонентную систему, которая регулирует стволовые клетки волосяных фолликулов. Нерв является сигнальным компонентом, который активирует стволовые клетки с помощью нейромедиаторов, в то время как мышца является структурным компонентом, который позволяет нервным волокнам непосредственно соединяться со стволовыми клетками волосяных фолликулов.
"Вы можете регулировать стволовые клетки волосяных фолликулов так много различных способов, и они являются замечательными моделями для изучения регенерации тканей", - сказал Шварц. - Эта специфическая реакция полезна для связи регенерации тканей с изменениями во внешнем мире, такими как температура. Это двухслойная реакция: мурашки по коже-быстрый способ обеспечить некоторое облегчение в краткосрочной перспективе. Но когда холод длится, это становится хорошим механизмом для стволовых клеток, чтобы знать, что, возможно, пришло время регенерировать новый волосяной покров."
В будущем исследователи продолжат изучать, как внешняя среда может влиять на стволовые клетки в коже, 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 требованиями, что необходимо организмам для процветания в этом динамичном мире", - сказал Хсу.
