Ученые выяснили, как волосковые клетки могут помочь быстрее заживить кожу

Так что же подскажет им, когда придет время сделать этот переход?

Сигнал стресса, который меняет поведение клеток

Та же самая исследовательская группа Рокфеллера теперь определила ключевой сигнал этой трансформации. Стволовые клетки волосяного фолликула реагируют на так называемую интегрированную реакцию на стресс (ISR) — клеточную систему оповещения, которая помогает им экономить энергию и сосредоточиться на задачах выживания.

В коже эта реакция на стресс связана с аминокислотой серином, несущественным питательным веществом, которое содержится в обычных продуктах, таких как мясо, зерновые и молоко. В своем исследовании, опубликованном в Клеточный метаболизмУченые показали, что когда уровень серина падает, ISR активируется и производство волос замедляется. Если кожа также повреждена, ISR увеличивается еще больше, полностью останавливая рост волос, чтобы клетки могли сконцентрироваться на восстановлении поврежденных тканей. Такое изменение приоритетов помогает коже быстрее заживать.

«Депривация серина запускает высокочувствительный клеточный «шкал», который точно настраивает судьбу клетки – в сторону кожи и в сторону от волос», – объясняет первый автор Джесси Новак, аспирант трехинституциональной программы докторантуры Вейла Корнелла и бывший аспирант Рокфеллеровской лаборатории Элейн Фукс. «Наши результаты показывают, что мы могли бы ускорить заживление кожных ран, регулируя уровень серина с помощью диеты или лекарств».

Взрослые ткани зависят от стволовых клеток для поддержания баланса — замены клеток, которые умирают, и восстановления тканей при их повреждении. Тем не менее, ученые до сих пор мало знают о том, как эти клетки распределяют свою энергию и питательные вещества при выполнении различных задач. Новак и его команда хотели понять метаболические факторы, которые поддерживают нормальное функционирование стволовых клеток, и что меняется, когда им приходится переключать передачи, чтобы залечить рану.

«Большинство кожных ран возникают в результате ссадин, которые разрушают верхнюю часть кожи», — говорит Новак. «Эта область является домом для пула стволовых клеток, которые обычно отвечают за заживление ран. Но когда эти клетки разрушаются, это заставляет стволовые клетки волосяного фолликула 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 каким образом».

Роль Серины за пределами волос и кожи

Более ранние исследования лаборатории Фукса показали, что предраковые стволовые клетки кожи могут стать зависимыми от циркулирующего серина и что ограничение серина в рационе помогает предотвратить превращение этих клеток в раковые. Эти результаты подчеркнули мощное влияние серина на поведение клеток и даже вдохновили на исследования, в которых изучались диеты без серина в качестве лечения рака.

Однако оставалось неясным, как снижение уровня серина может повлиять на здоровые ткани. Чтобы изучить это, Новак сосредоточился на роли серина в нормальной активности стволовых клеток и на том, как его отсутствие может изменить регенерацию.

Исследователи проверили, как стволовые клетки волосяных фолликулов реагируют на метаболический стресс. Они либо лишили мышей пищевого серина, либо использовали генетические методы, чтобы помешать клеткам производить свои собственные. В обоих случаях результаты показали, что серин напрямую взаимодействует с ISR — системой, которая отслеживает, когда состояние тканей выходит из равновесия.

Когда уровень серина был низким, рост волос замедлялся, поскольку для этого требуется значительное количество энергии. Когда возникали раны, ISR активировался еще сильнее, отдавая предпочтение заживлению, а не регенерации волос. Другими словами, когда стресс усиливается, механизмы восстановления кожи имеют приоритет.

«Никто не любит терять волосы, но когда дело доходит до выживания в стрессовые времена, восстановление эпидермиса имеет приоритет», — говорит Фукс. «Отсутствующий участок шерсти не представляет угрозы для животного, а незаживающая рана».

Может ли дополнительный серин ускорить рост волос?

Как только команда подтвердила, что низкие уровни серина влияют на поведение стволовых клеток, они задумались об обратном: может ли повышение уровня серина ускорить рост волос? Ответ, кажется, нет. Организм жестко контролирует уровень серина, и даже когда мышам давали в шесть раз больше серина, чем обычно, уровень повышался лишь примерно на 50%.

«Однако мы увидели, что если мы не позволим стволовым клеткам вырабатывать собственный серин и восполним их потери с помощью диеты с высоким содержанием серина, мы сможем частично спасти регенерацию волос», — добавляет Новак.

Далее исследователи планируют выяснить, можно ли улучшить заживление ран за счет снижения потребления серина или использования лекарств, влияющих на уровень серина или путь ISR. Они также стремятся проверить другие аминокислоты, чтобы увидеть, имеют ли они аналогичные эффекты.

«В целом, способность стволовых клеток принимать решения о судьбе клеток на основе уровня стресса, который они испытывают, вероятно, будет иметь широкое значение для того, как ткани оптимизируют свои регенеративные способности в периоды нехватки ресурсов», — говорит Фукс.