Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego mamy gęsią skórkę, nie jesteś sam – Charles Darwin rozważał to zjawisko w swoich pismach na temat ewolucji.Chociaż gęsia skórka może chronić zwierzęta o grubej sierści przed zimnem, wydaje się, że my, ludzie, nie odnosimy z tego zbyt wielu korzyści. Dlaczego więc utrzymała się ona w trakcie ewolucji?
W nowych badaniach na myszach naukowcy z instytucji takich jak Uniwersytet Harvarda w Stanach Zjednoczonych i Narodowy Uniwersytet Tajwański w Chinach odkryli przyczynę: typ komórek odpowiedzialnych za gęsią skórkę ma również kluczowe znaczenie dla regulacji komórek macierzystych, które regenerują mieszki włosowe i włosy.Pod skórą mięśnie gładkie odpowiedzialne za skurcze i powstawanie gęsiej skórki – znane jako mięśnie prostujące włosy – pełnią rolę ważnego ogniwa między układem współczulnym a komórkami macierzystymi mieszków włosowych. Reakcja układu współczulnego na zimno wyzwala zarówno krótkotrwały skurcz mięśni prostujących włosy, powodujący gęsią skórkę, jak i długotrwałą aktywację komórek macierzystych mieszków włosowych oraz wzrost nowych włosów.Odkrycia te pozwoliły naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób różne typy komórek oddziałują na siebie, łącząc w ten sposób aktywność komórek macierzystych ze zmianami w środowisku zewnętrznym. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Cell 16 lipca 2020 r. w artykule zatytułowanym „Cell Types Promoting Goosebumps Form a Niche to Regulate Hair Follicle Stem Cells” (Typy komórek wywołujące gęsią skórkę tworzą niszę regulującą komórki macierzyste mieszków włosowych).
Współautor artykułu, Ya-Chieh Hsu, profesor nadzwyczajny biologii komórek macierzystych i regeneracyjnej na Uniwersytecie Harvarda, stwierdził: „Od dawna interesowało nas zrozumienie, w jaki sposób zachowanie komórek macierzystych jest regulowane przez bodźce zewnętrzne. Skóra jest fascynującym układem: zawiera wiele populacji komórek macierzystych otoczonych różnorodnymi typami komórek sąsiednich i służy jako interfejs między naszym ciałem a środowiskiem zewnętrznym.W związku z tym komórki macierzyste mogą reagować na różnorodne bodźce pochodzące z niszy, całego organizmu, a nawet środowiska zewnętrznego. W niniejszym badaniu zidentyfikowaliśmy intrygującą niszę dwuskładnikową, która nie tylko reguluje komórki macierzyste w stabilnych warunkach, ale także moduluje ich zachowanie w odpowiedzi na zewnętrzne wahania temperatury”.
System regulujący wzrost włosów
Wiele narządów składa się z trzech rodzajów tkanek: nabłonka, mezenchymy i nerwów. W skórze te trzy tkanki łączą się w charakterystyczny układ.Układ współczulny, będący częścią naszego układu nerwowego, reguluje równowagę organizmu i nasze reakcje na bodźce zewnętrzne. Łączy się on z drobnymi komórkami mięśni gładkich w mezenchymie – a konkretnie z wspomnianymi wcześniej mięśniami prostującymi włosy. Te komórki mięśni gładkich łączą się z kolei z komórkami macierzystymi mieszków włosowych. Te nabłonkowe komórki macierzyste mają kluczowe znaczenie dla regeneracji mieszków włosowych i gojenia się ran.
Związek między nerwami współczulnymi a tymi mięśniami gładkimi jest dobrze znany, ponieważ stanowi on podstawę komórkową powstawania gęsiej skórki: zimno wyzwala sygnały nerwowe z neuronów współczulnych, powodując skurcz tych mięśni gładkich i uniesienie włosów.Jednak po zbadaniu skóry w bardzo wysokiej rozdzielczości za pomocą mikroskopii elektronowej naukowcy odkryli, że nerwy współczulne nie tylko łączą się z tym mięśniem gładkim, ale także tworzą bezpośrednie połączenia z komórkami macierzystymi mieszków włosowych. W rzeczywistości włókna nerwowe owijają się wokół komórek macierzystych mieszków włosowych jak wstążka.Neurony zazwyczaj regulują komórki pobudliwe, podobnie jak inne neurony lub mięśnie oddziałują poprzez synapsy. Byliśmy jednak zaskoczeni, odkrywając, że tworzą one struktury podobne do synaps z komórkami macierzystymi mieszków włosowych, które nie są typowymi celami działania neuronów”. Następnie naukowcy potwierdzili, że nerwy współczulne rzeczywiście oddziałują na komórki macierzyste mieszków włosowych.Układ współczulny zazwyczaj utrzymuje niski poziom ciągłej aktywacji, aby zachować równowagę organizmu. Naukowcy odkryli, że ta podstawowa aktywność neuronowa utrzymuje komórki macierzyste mieszków włosowych w stanie gotowości do regeneracji. Podczas długotrwałej ekspozycji na zimno nerwy współczulne wykazują zwiększoną aktywację, uwalniając większą ilość neuroprzekaźników, które szybko aktywują komórki macierzyste. Wyzwala to regenerację mieszków włosowych i wzrost nowych włosów.
Naukowcy zbadali również, co utrzymuje połączenie między nerwami współczulnymi a komórkami macierzystymi mieszków włosowych. Kiedy usunęli mięśnie gładkie przyczepione do mieszków włosowych, nerwy współczulne cofnęły się i połączenie między nimi a komórkami macierzystymi zostało utracone. Wskazuje to, że mięśnie gładkie są niezbędną strukturą wspierającą łączącą nerwy współczulne z mieszkami włosowymi.
Jak powstaje ten system
Oprócz badania w pełni ukształtowanych mieszków włosowych naukowcy zbadali również, jak powstaje ten system – w jaki sposób mięśnie gładkie i nerwy współczulne po raz pierwszy docierają do mieszków włosowych.Wytwarza on białko, które reguluje tworzenie mięśni gładkich, a następnie przyciąga nerwy współczulne. W wieku dorosłym interakcja ta ulega odwróceniu, a nerwy współczulne i mięśnie gładkie wspólnie regulują komórki macierzyste mieszków włosowych, aby zregenerować nowe mieszki. W ten sposób zamyka się cały cykl – rozwijający się mieszek włosowy tworzy własne mikrośrodowisko”.
Reagowanie na środowisko
Dzięki tym eksperymentom naukowcy zidentyfikowali dwuskładnikowy system regulujący komórki macierzyste mieszków włosowych.Nerwy współczulne pełnią rolę składnika sygnałowego aktywującego komórki macierzyste mieszków włosowych za pośrednictwem neuroprzekaźników, natomiast mięśnie gładkie stanowią składnik strukturalny umożliwiający bezpośrednie połączenie włókien nerwowych z tymi komórkami. Shwartz zauważył: „Komórki macierzyste mieszków włosowych można modulować na wiele sposobów, co czyni je niezwykłym modelem do badania regeneracji tkanek. Ta szczególna reakcja okazuje się bardzo przydatna do łączenia regeneracji tkanek ze zmianami zewnętrznymi, takimi jak temperatura”.Jest to reakcja dwustopniowa: pojawienie się gęsiej skórki zapewnia szybką, krótkotrwałą ulgę. Jednak gdy zimno utrzymuje się, staje się to skutecznym mechanizmem sygnalizującym komórkom macierzystym mieszków włosowych, że nadszedł czas na regenerację nowego futra”. W przyszłości naukowcy będą dalej badać, w jaki sposób środowisko zewnętrzne wpływa na komórki macierzyste w skórze, zarówno w warunkach stanu równowagi, jak i podczas procesów naprawczych, takich jak gojenie się ran.
Hsu zauważył: „Żyjemy w nieustannie zmieniającym się środowisku. Ponieważ skóra nieustannie styka się ze światem zewnętrznym, daje nam to możliwość zbadania mechanizmów, które stosują nasze komórki macierzyste, aby zsynchronizować produkcję tkanek z zmieniającymi się wymaganiami – co jest kluczowym czynnikiem dla rozwoju organizmów w tym dynamicznym środowisku”.