Якщо ви коли-небудь замислювалися, чому у нас виникає гусяча шкіра, ви не самотні — Чарльз Дарвін розмірковував над цим явищем у своїх працях про еволюцію.Хоча гусяча шкіра може захищати тварин, вкритих шерстю, від холоду, ми, люди, здається, отримуємо від цієї реакції мало користі. Чому ж тоді вона збереглася протягом еволюції?
У новому дослідженні на мишах вчені з таких установ, як Гарвардський університет у США та Національний університет Тайваню в Китаї, виявили причину: тип клітин, відповідальний за гусячу шкіру, також відіграє важливу роль у регулюванні стовбурових клітин, які регенерують волосяні фолікули та волосся.Під шкірою гладкі м'язи, відповідальні за скорочення і утворення гусячої шкіри, відомі як м'язи-підіймачі волосся, служать важливим зв'язком між симпатичною нервовою системою і стовбуровими клітинами волосяних фолікулів. Реакція симпатичної нервової системи на холод викликає як короткочасне скорочення м'язів-підіймачів волосся, що створює гусячу шкіру, так і довгострокове стимулювання активації стовбурових клітин волосяних фолікулів і ріст нового волосся.Ці відкриття дають дослідникам краще розуміння того, як взаємодіють різні типи клітин, тим самим пов'язуючи активність стовбурових клітин зі змінами в зовнішньому середовищі. Результати дослідження були опубліковані в журналі Cell 16 липня 2020 року в статті під назвою «Типи клітин, що сприяють виникненню гусячої шкіри, утворюють нішу для регулювання стовбурових клітин волосяних фолікулів».
Співавтор статті Я-Чіе Хсу, доцент кафедри стовбурових клітин і регенеративної біології Гарвардського університету, заявив: «Ми давно цікавилися тим, як зовнішні подразники регулюють поведінку стовбурових клітин. Шкіра — це захоплююча система: вона містить безліч популяцій стовбурових клітин, оточених різними типами сусідніх клітин, і служить інтерфейсом між нашим тілом і зовнішнім середовищем.Отже, її стовбурові клітини можуть реагувати на різноманітні стимули, що походять з ніші, всього тіла або навіть зовнішнього середовища. У цьому дослідженні ми виявили цікаву двокомпонентну нішу, яка не тільки регулює стовбурові клітини в стабільних умовах, але й модулює їх поведінку у відповідь на зовнішні коливання температури».
Система, що регулює ріст волосся
Багато органів складаються з трьох типів тканин: епітелію, мезенхіми та нервової тканини. У шкірі ці три тканини об'єднуються в характерну структуру.Симпатична нервова система, частина нашої нервової системи, регулює рівновагу організму та наші реакції на зовнішні подразники. Вона з'єднується з дрібними гладкими м'язовими клітинами в мезенхімі, а саме з м'язами, що піднімають волосся, про які згадувалося раніше. Ці гладкі м'язові клітини, в свою чергу, з'єднуються зі стовбуровими клітинами волосяних фолікулів. Ці епітеліальні стовбурові клітини мають вирішальне значення для регенерації волосяних фолікулів і загоєння ран.
Зв'язок між симпатичними нервами та цією гладкою мускулатурою добре вивчений, оскільки він є клітинною основою для виникнення гусячої шкіри: холод викликає нервові сигнали від симпатичних нейронів, що змушує цю гладку мускулатуру скорочуватися і піднімати волосся.Однак, досліджуючи шкіру з надзвичайно високою роздільною здатністю за допомогою електронного мікроскопа, ці вчені виявили, що симпатичні нерви не тільки з'єднуються з цією гладкою м'язовою тканиною, але й утворюють прямі зв'язки зі стовбуровими клітинами волосяних фолікулів. Дійсно, нервові волокна обплітають стовбурові клітини волосяних фолікулів, як стрічка.Нейрони зазвичай регулюють збудливі клітини, подібно до того, як інші нейрони або м'язи взаємодіють через синапси. Однак ми були здивовані, виявивши, що вони утворюють синапсоподібні структури зі стовбуровими клітинами волосяних фолікулів, які не є типовими об'єктами дії нейронів».
Згодом дослідники підтвердили, що симпатичні нерви дійсно впливають на стовбурові клітини волосяних фолікулів.Симпатична нервова система зазвичай підтримує низький рівень постійної активації, щоб зберегти рівновагу в організмі. Дослідники виявили, що ця базова нервова активність підтримує стовбурові клітини волосяних фолікулів у стані готовності до регенерації. Під час тривалого впливу холоду симпатичні нерви виявляють підвищену активацію, вивільняючи збільшену кількість нейромедіаторів, які швидко активують стовбурові клітини. Це запускає регенерацію фолікулів і ріст нового волосся.
Дослідники також вивчали, що підтримує зв'язок між симпатичними нервами і стовбуровими клітинами волосяних фолікулів. Коли вони видалили гладку мускулатуру, прикріплену до волосяних фолікулів, симпатичні нерви відступили, і зв'язок між нервами і стовбуровими клітинами був втрачений. Це вказує на те, що ця гладка мускулатура служить необхідною опорною структурою, що зв'язує симпатичні нерви з волосяними фолікулами.
Як виникає ця система
Окрім вивчення повністю сформованих волосяних фолікулів, дослідники також вивчали, як ця система виникає спочатку — як гладка мускулатура і симпатичні нерви вперше потрапляють до фолікула.Він секретує білок, який регулює формування гладких м'язів, а потім притягує симпатичні нерви. У дорослому віці ця взаємодія змінюється на протилежну: симпатичні нерви та гладкі м'язи спільно регулюють стовбурові клітини волосяних фолікулів для регенерації нових фолікулів. Це завершує весь цикл — волосяний фолікул, що розвивається, створює власне мікросередовище».
Реакція на середовище
Завдяки цим експериментам дослідники виявили двокомпонентну систему, що регулює стовбурові клітини волосяних фолікулів.Симпатичні нерви служать сигнальним компонентом, що активує стовбурові клітини волосяних фолікулів за допомогою нейротрансмітерів, а гладка мускулатура забезпечує структурний компонент, що дозволяє безпосередньо з'єднувати нервові волокна з цими клітинами. Шварц зазначив: «Стовбурові клітини волосяних фолікулів можна модулювати різними способами, що робить їх чудовою моделлю для вивчення регенерації тканин. Ця особлива реакція виявляється дуже корисною для поєднання регенерації тканин із зовнішніми змінами, такими як температура».Це дворівнева реакція: виникнення гусячої шкіри забезпечує швидке короткочасне полегшення. Але коли холод триває, це стає ефективним механізмом, що сигналізує стовбуровим клітинам волосяних фолікулів про те, що, можливо, настав час регенерувати нове волосся».
Надалі ці дослідники будуть далі вивчати, як зовнішнє середовище впливає на стовбурові клітини шкіри, як в умовах стабільності, так і під час процесів відновлення, таких як загоєння ран.
Хсу зазначив: «Ми живемо в постійно мінливому середовищі. Оскільки шкіра постійно взаємодіє із зовнішнім світом, це дає нам можливість вивчити механізми, які використовують наші стовбурові клітини для синхронізації виробництва тканин із мінливими потребами — критичний фактор для процвітання організмів у цьому динамічному середовищі».