Jos olet koskaan miettinyt, miksi saamme kananlihaa, et ole ainoa – Charles Darwin pohti tätä ilmiötä kirjoituksissaan evoluutiosta.Vaikka kananliha saattaa suojata paksuturkkisia eläimiä kylmältä, me ihmiset emme näytä saavan tästä reaktiosta juurikaan hyötyä. Miksi se sitten on säilynyt evoluution aikana?
Uudessa hiirillä tehdyssä tutkimuksessa tutkijat muun muassa Yhdysvaltain Harvardin yliopistosta ja Kiinan kansallisesta Taiwanin yliopistosta ovat löytäneet syyn: kananlihalle vastuussa oleva solutyyppi on myös tärkeä säätelemään karvatuppia ja karvoja uudistavia kantasoluja.Ihon alla sileä lihas, joka vastaa kananlihan supistumisesta ja muodostumisesta – tunnetaan nimellä arrector pili -lihas – toimii tärkeänä linkkinä sympaattisen hermoston ja karvatuppien kantasolujen välillä. Sympaattisen hermoston reaktio kylmään laukaisee sekä arrector pili -lihasten lyhytaikaisen supistumisen, joka aiheuttaa kananlihan muodostumisen, että karvatuppien kantasolujen aktivoitumisen ja uuden karvankasvun pitkäaikaisen edistämisen.Nämä löydökset ovat auttaneet tutkijoita ymmärtämään paremmin eri solutyyppien vuorovaikutusta ja siten yhdistämään kantasolujen toiminnan ulkoisen ympäristön muutoksiin. Tulokset julkaistiin 16. heinäkuuta 2020 Cell-lehdessä artikkelissa ”Cell Types Promoting Goosebumps Form a Niche to Regulate Hair Follicle Stem Cells” (Kylmät väreet aiheuttavat solutyypit muodostavat kapean ympäristön karvatuppien kantasolujen säätelylle).
Yksi artikkelin vastaavista kirjoittajista, Harvardin yliopiston kantasolujen ja regeneratiivisen biologian apulaisprofessori Ya-Chieh Hsu, totesi: "Olemme jo pitkään olleet kiinnostuneita ymmärtämään, miten ulkoiset ärsykkeet säätelevät kantasolujen käyttäytymistä. Iho on kiehtova järjestelmä: se sisältää useita kantasolupopulaatioita, joita ympäröivät erilaiset naapurisolutyypit, ja se toimii rajana kehomme ja ulkoisen ympäristön välillä.Tämän seurauksena sen kantasolut voivat reagoida erilaisiin ärsykkeisiin, jotka ovat peräisin niche-alueelta, koko kehosta tai jopa ulkoisesta ympäristöstä. Tässä tutkimuksessa tunnistimme mielenkiintoisen kaksikomponenttisen niche-alueen, joka paitsi säätelee kantasoluja vakaissa olosuhteissa, myös moduloi niiden käyttäytymistä vasteena ulkoisiin lämpötilan vaihteluihin."
Hiuskasvua säätelevä järjestelmä
Monet elimet koostuvat kolmesta kudostyypistä: epiteelistä, mesenkyymistä ja hermostosta. Ihossa nämä kolme kudosta muodostavat erityisen rakenteen.Sympaattinen hermosto, joka on osa hermostoamme, säätelee kehon tasapainoa ja reaktioitamme ulkoisiin ärsykkeisiin. Se on yhteydessä mesenkyymissä oleviin pieniin sileisiin lihassoluihin, erityisesti aiemmin mainittuihin arrector pili -lihaksiin. Nämä sileät lihassolut puolestaan ovat yhteydessä karvatuppien kantasoluihin. Nämä epiteelikantasolut ovat tärkeitä karvatuppien uudistumiselle ja haavojen paranemiselle.
Sympaattisten hermojen ja tämän sileän lihaksen välinen yhteys on hyvin tunnettu, sillä se muodostaa solutason perustan kananlihalle: kylmä laukaisee sympaattisten neuronien hermosignaalit, jotka saavat tämän sileän lihaksen supistumaan ja nostamaan karvat pystyyn.Tutkiessaan ihoa erittäin korkealla resoluutiolla elektronimikroskoopilla nämä tutkijat havaitsivat kuitenkin, että sympaattiset hermot eivät vain liity tähän sileään lihakseen, vaan muodostavat myös suoria yhteyksiä karvatuppien kantasoluihin. Hermokuidut kietoutuvat karvatuppien kantasolujen ympärille kuin nauha.Neuronit säätelevät tyypillisesti herkkiä soluja, aivan kuten muut neuronit tai lihakset ovat vuorovaikutuksessa synapsien kautta. Olimme kuitenkin hämmästyneitä huomatessamme, että ne muodostavat synapsien kaltaisia rakenteita karvatuppien kantasolujen kanssa, jotka eivät ole tyypillisiä neuronien toiminnan kohteita."
Myöhemmin tutkijat vahvistivat, että sympaattiset hermot todella vaikuttavat karvatuppien kantasoluihin.Sympaattinen hermosto ylläpitää tyypillisesti matalaa jatkuvaa aktivaatiotasoa kehon tasapainon säilyttämiseksi. Tutkijat havaitsivat, että tämä perustason hermoston toiminta pitää karvatuppien kantasolut valmiina uudistumaan. Pitkittyneen kylmäaltistuksen aikana sympaattiset hermot aktivoituvat voimakkaammin ja vapauttavat enemmän välittäjäaineita, jotka aktivoivat kantasolut nopeasti. Tämä laukaisee karvatuppien uudistumisen ja uusien karvojen kasvun.
Tutkijat selvittivät myös, mikä ylläpitää sympaattisten hermojen ja karvatuppien kantasolujen välistä yhteyttä. Kun he poistivat karvatuppeihin kiinnittyneen sileän lihaksen, sympaattiset hermot vetäytyivät ja yhteys niiden ja kantasolujen välillä katosi. Tämä osoittaa, että tämä sileä lihas on välttämätön tukirakenne, joka yhdistää sympaattiset hermot karvatuppeihin.
Kuinka tämä järjestelmä syntyy
Täysin muodostuneiden karvatuppien tutkimisen lisäksi tutkijat tutkivat myös, kuinka tämä järjestelmä alun perin syntyy – kuinka sileä lihas ja sympaattiset hermot saapuvat karvatuppeen.Se erittää proteiinia, joka säätelee sileän lihaksen muodostumista ja houkuttelee sen jälkeen sympaattisia hermoja. Aikuisuudessa tämä vuorovaikutus kääntyy päinvastaiseksi, ja sympaattiset hermot ja sileä lihas säätelevät yhdessä karvatuppien kantasoluja uusien karvatuppien uudistamiseksi. Tämä sulkee koko syklin – kehittyvä karvatupen luo oman mikroympäristönsä."
Reagointi ympäristöön
Näiden kokeiden avulla tutkijat tunnistivat kahden komponentin järjestelmän, joka säätelee karvatuppien kantasoluja.Sympaattiset hermot toimivat signaalikomponenttina, joka aktivoi karvatuppien kantasolut neurotransmitterien kautta, kun taas sileä lihas tarjoaa rakenteellisen komponentin, joka mahdollistaa suoran hermokytkennän näihin soluihin. Shwartz totesi: "Karvatuppien kantasoluja voidaan moduloida monin tavoin, mikä tekee niistä merkittävän mallin kudosten uudistumisen tutkimiseen. Tämä erityinen reaktio osoittautuu erittäin hyödylliseksi kudosten uudistumisen yhdistämisessä ulkoisiin muutoksiin, kuten lämpötilaan."Vaste on kaksitasoinen: kananlihan nousu tarjoaa nopean lyhytaikaisen helpotuksen. Mutta kun kylmyys jatkuu, siitä tulee tehokas mekanismi, joka viestittää karvatuppien kantasoluille, että on ehkä aika uudistaa uusi karvapeite."
Jatkossa nämä tutkijat tutkivat tarkemmin, miten ulkoinen ympäristö vaikuttaa ihon kantasoluihin sekä vakaissa olosuhteissa että korjausprosesseissa, kuten haavan paranemisessa.
"Elämme jatkuvasti muuttuvassa ympäristössä", Hsu huomautti. "Koska iho on jatkuvasti alttiina ulkomaailmalle, se tarjoaa meille mahdollisuuden tutkia mekanismeja, joita kantasolut käyttävät kudosten tuotannon sovittamiseksi muuttuviin vaatimuksiin – mikä on kriittinen tekijä organismeille, jotta ne voivat menestyä tässä dynaamisessa maailmassa."