Pokud jste se někdy zamýšleli nad tím, proč máme husí kůži, nejste sami – Charles Darwin se nad tímto jevem zamýšlel ve svých spisech o evoluci.Zatímco husí kůže může chránit zvířata pokrytá srstí před chladem, my lidé z této reakce zřejmě nemáme žádný prospěch. Proč tedy přetrvává v průběhu evoluce?
V nové studii na myších odhalili vědci z institucí včetně Harvardovy univerzity v USA a Národní tchajwanské univerzity v Číně důvod: typ buněk odpovědný za husí kůži je také klíčový pro regulaci kmenových buněk, které regenerují vlasové folikuly a vlasy.Pod kůží slouží hladký sval zodpovědný za kontrakci a vytváření husí kůže – známý jako arrector pili – jako důležité spojení mezi sympatickým nervovým systémem a kmenovými buňkami vlasových folikulů. Reakce sympatického nervového systému na chlad spouští jak krátkodobou kontrakci svalů arrector pili, která vytváří husí kůži, tak dlouhodobou aktivaci kmenových buněk vlasových folikulů a růst nových vlasů.Tyto objevy umožnily vědcům lépe porozumět tomu, jak různé typy buněk interagují, a tím propojit aktivitu kmenových buněk se změnami ve vnějším prostředí. Výsledky byly zveřejněny online v časopise Cell dne 16. července 2020 v článku s názvem „Cell Types Promoting Goosebumps Form a Niche to Regulate Hair Follicle Stem Cells” (Typy buněk podporující husí kůži tvoří niky pro regulaci kmenových buněk vlasových folikulů).
Spoluautor Ya-Chieh Hsu, docent kmenových buněk a regenerativní biologie na Harvardově univerzitě, uvedl: „Dlouho nás zajímalo, jak je chování kmenových buněk regulováno vnějšími podněty. Kůže je fascinující systém: obsahuje více populací kmenových buněk obklopených různými sousedními typy buněk a slouží jako rozhraní mezi naším tělem a vnějším prostředím.V důsledku toho mohou její kmenové buňky reagovat na různé podněty pocházející z niky, celého těla nebo dokonce z vnějšího prostředí. V této studii jsme identifikovali zajímavou dvoukomponentní niku, která nejen reguluje kmenové buňky za stabilních podmínek, ale také moduluje jejich chování v reakci na vnější teplotní výkyvy.“
Systém regulující růst vlasů
Mnoho orgánů se skládá ze tří typů tkání: epitelu, mezenchymu a nervů. V kůži se tyto tři tkáně spojují do charakteristického uspořádání.Sympatický nervový systém, který je součástí našeho nervového systému, řídí tělesnou rovnováhu a naše reakce na vnější podněty. Je propojen s drobnými buňkami hladkého svalstva v mezenchymu, konkrétně se zmíněnými svaly arrector pili. Tyto buňky hladkého svalstva jsou zase propojeny s kmenovými buňkami vlasových folikulů. Tyto epiteliální kmenové buňky jsou zásadní pro regeneraci vlasových folikulů a hojení ran.
Spojení mezi sympatickými nervy a tímto hladkým svalstvem je dobře známé, protože tvoří buněčný základ pro husí kůži: chlad spouští nervové signály ze sympatických neuronů, což způsobuje kontrakci tohoto hladkého svalstva a zvednutí chloupků.Při zkoumání kůže v extrémně vysokém rozlišení pomocí elektronového mikroskopu však tito vědci zjistili, že sympatické nervy se nejen spojují s tímto hladkým svalstvem, ale také tvoří přímá spojení s kmenovými buňkami vlasových folikulů. Nervová vlákna se skutečně ovíjejí kolem kmenových buněk vlasových folikulů jako stuha.Neurony obvykle regulují vzrušivé buňky, podobně jako jiné neurony nebo svaly interagují prostřednictvím synapsí. Byli jsme však překvapeni, když jsme zjistili, že tvoří struktury podobné synapsím s kmenovými buňkami vlasových folikulů, které nejsou typickými cíli neuronální činnosti.“
Následně vědci potvrdili, že sympatické nervy skutečně působí na kmenové buňky vlasových folikulů.Sympatický nervový systém obvykle udržuje nízkou úroveň trvalé aktivace, aby zachoval tělesnou rovnováhu. Vědci zjistili, že tato základní nervová aktivita udržuje kmenové buňky vlasových folikulů ve stavu připravenosti k regeneraci. Při dlouhodobém vystavení chladu vykazují sympatické nervy zvýšenou aktivitu a uvolňují větší množství neurotransmiterů, které rychle aktivují kmenové buňky. To spouští regeneraci folikulů a růst nových vlasů.
Vědci také zkoumali, co udržuje spojení mezi sympatickými nervy a kmenovými buňkami vlasových folikulů. Když odstranili hladké svalstvo připojené k vlasovým folikulům, sympatické nervy se stáhly a spojení mezi nimi a kmenovými buňkami bylo ztraceno. To naznačuje, že toto hladké svalstvo slouží jako základní podpůrná struktura spojující sympatické nervy s vlasovými folikuly.
Jak tento systém vzniká
Kromě studia plně vyvinutých vlasových folikulů vědci také zkoumali, jak tento systém původně vzniká – jak hladké svalstvo a sympatické nervy poprvé dosáhnou folikulů.Ten vylučuje protein, který reguluje tvorbu hladkého svalstva, a následně přitahuje sympatické nervy. V dospělosti se tato interakce obrací a sympatické nervy a hladké svalstvo společně regulují kmenové buňky vlasového folikulu, aby regenerovaly nové folikuly. Tím se uzavírá celý cyklus – vyvíjející se vlasový folikul si vytváří své vlastní mikroprostředí.“
Reakce na prostředí
Prostřednictvím těchto experimentů vědci identifikovali dvoukomponentní systém regulující kmenové buňky vlasového folikulu.Sympatické nervy slouží jako signální složka aktivující kmenové buňky vlasového folikulu prostřednictvím neurotransmiterů, zatímco hladké svalstvo poskytuje strukturální složku umožňující přímé propojení nervových vláken s těmito buňkami. Shwartz poznamenal: „Kmenové buňky vlasového folikulu lze modulovat mnoha způsoby, což z nich činí pozoruhodný model pro studium regenerace tkání. Tato konkrétní reakce se ukazuje jako velmi užitečná pro propojení regenerace tkání s vnějšími změnami, jako je teplota.“Jedná se o dvouúrovňovou reakci: vztyčení chlupů poskytuje rychlou krátkodobou úlevu. Pokud však chlad přetrvává, stává se účinným mechanismem, který signalizuje kmenovým buňkám vlasových folikulů, že je možná čas regenerovat novou srst.“
V budoucnu budou tito vědci dále zkoumat, jak vnější prostředí ovlivňuje kmenové buňky v kůži, a to jak za stabilních podmínek, tak během opravných procesů, jako je hojení ran.„Žijeme v neustále se měnícím prostředí,“ poznamenal Hsu. „Protože kůže je neustále vystavena vnějšímu světu, máme příležitost studovat mechanismy, které naše kmenové buňky používají k synchronizaci produkce tkání s měnícími se požadavky – proces, který je pro organismy životně důležitý, aby mohly v tomto dynamickém světě prosperovat.“