Стволовые клетки волосяных фолликулов (HFSCs) постоянно обновляются и выполняют две важные функции: поддержание роста волос путём регенерации волосяных фолликулов и восстановление кожной ткани для ускорения заживления ран.
Новое исследование, проведённое Рокфеллеровским университетом в Нью-Йорке, изучило влияние аминокислоты серин на поведение HFSCs. Выяснилось, что при низком уровне серина стволовые клетки отдают приоритет заживлению раны на коже, откладывая рост волос на потом.
«Дефицит серина запускает высокочувствительный клеточный механизм тонкой настройки будущих действий клетки», — сказала ведущий автор исследования Джесси Новак (Jesse Novak), студентка Weill Cornell Medicine’s Tri-Institutional Program и бывшая аспирантка лаборатории биологии и развития млекопитающих Рокфеллеровского университета.
«Полученные результаты предполагают, что мы можем ускорить процесс заживления кожных ран, манипулируя содержанием серина при помощи питания или лекарств».
Будучи заменимой аминокислотой, серин вырабатывается организмом человека, но содержится и в продуктах питания, таких как мясо, птица, рыба, соевые бобы, орехи и молочные продукты. Серин служит «кирпичиком» белков, участвует в делении клеток и работает в различных метаболических механизмах.
Учёные обнаружили, что у мышей, получавших корм, бедный серином и глицином (это ещё одна аминокислота), HFSCs замедляли рост волос и ускоряли процессы восстановления ран, особенно эпителизацию — восстановление кожного барьера. Хотя серин классифицируется как заменимая аминокислота, стволовые клетки волосяных фолликулов работали хуже, если не имели возможности получать его как изнутри организма, так и извне, то есть в пищей.
Учёные описали интегрированный стрессовый ответ (ISR) как внутреннюю клеточную программу, запускающую этот сдвиг в функционировании HFSCs в ответ на стресс, такой как, например, травма или дефицит серина. Под воздействием последнего ISR активировался в клетках HFSCs, заставляя их больше походить на эпидермальные стволовые клетки, которые участвуют в восстановлении кожи, а не следовать своей обычной роли участника процесса роста волос.
«Большинство полученных нами повреждений кожи являются результатом травмирования верхних её слоёв», — пояснила Новак. «Эта область является местом пребывания группы стволовых клеток, которые обычно берут на себя инициативу в процессах восстановления кожи, но когда эти клетки разрушены, стволовые клетки волосяного фолликула взваливают процесс ремонта на себя».
«Исходя из этого, мы предположили, что отслеживание поведения этих кожных клеток в процессе заживления ран представляет собой отличную модель для проверки того, регулируют ли метаболиты этот процесс, и если да, то каким именно образом».
Интегрированный стрессовый ответ (ISR) можно представить себе как переключатель: если уровень стресса высокий, например, при травме или падении серина, ISR переключает HFSCs с производства волос на восстановление кожи.
Исследователи обнаружили, что усиление у мышей активности ISR при помощи фармацевтического агента, имитирующего эффект дефицита серина, ускоряло заживление ран за счёт торможения восстановления волос. Напротив, подавление активности ISR путем блокировки его сенсорных белков производило обратный эффект, подтверждая основную роль ISR в данном процессе.
Подобные сигнатуры ISR были обнаружены в моделях человеческой кожи на краях заживающих ран, что свидетельствует о сохранении эволюционного механизма — он остался неизменным у разных видов.
Исследование было опубликовано в журнале Cell Metabolism.
«Никто не хочет терять волосы, но в определённых условиях восстановление эпидермиса более важно», — говорит Элайн Фукс (Elaine Fuchs), руководитель лаборатории биологии и развития клеток млекопитающих Рокфеллеровского университета и второй автор исследования. «Отсутствие волос на некоем участке кожи не угрожает жизни живого существа, тогда как незаживающая рана — ещё как».
Учёные проверили, усиливает ли введение большой дозы серина регенерацию волос. К сожалению, нет. Когда мышам давали дозу серина, превышающую нормальную в шесть раз, его уровень в организме повышался лишь на 50%. Оказывается, организм строго контролирует содержание этой аминокислоты.
«Однако мы заметили нечто другое: если отключить способность стволовой клетки производить собственный серин и вынудить её восполнять его расход за счёт богатого серином рациона, то удаётся частично восстановить регенерацию волос», — рассказала Новак.
Присоединяйтесь к нам в Telegram или ОК
Регулирование ISR, будь то посредством питания или лекарственного препарата, позволит ускорить заживление ожогов или хронических ран у диабетиков.
Кроме того, понимание роли ISR может предложить способы восстановления волос, особенно в случаях стрессового или вызванного травмой их выпадения, однако поскольку раковые клетки также могут эксплуатировать такие механизмы реакции на стресс, как ISR, тщательное регулирование подобных методов лечения будет критически важным.
Интересно: Может ли столовая ложка оливкового масла в день предотвратить диабет?
Учёные продолжат изучать потенциал серина в ускорении заживления ран и планируют поработать с другими аминокислотами, чтобы посмотреть, обладают ли они аналогичными свойствами.
«Способность стволовых клеток принимать решения относительно своего предназначения на основании степени испытываемого ими стресса исключительно важна для организации тканями своих восстановительных возможностей в периоды нехватки ресурсов», — отметила Фукс.
Автор: Paul McClure
Перевод: Виктор Трибунский
Источник