Нови подробности от живота на космения фоликул
Изследването на механизмите на растеж на косата е не само интересен биологичен проблем, но и спешна задача за борба с плешивостта
Косата е отличителен белег на бозайниците, но молекулярният механизъм в основата на растежа на косата остава слабо разбран. Косменият фоликул се образува от епителни стволови клетки под действието на биохимични "стимули" от клетките на космената папила (BC-клетки), "обитаващи" космения фоликул и контролиращи процесите на развитие на косъма. Скорошно проучване показа, че когато се отстранят от тъканта и се поставят върху хранителна среда, клетките на BC губят способността си да индуцират образуването на фоликул. Оказа се, че костните морфогенетични протеини (по-специално BMP-6) придават тази способност на BC клетките, като контролират експресията на "профилни" гени в клетките на космената папила.
Клетките на папилата на косата - контролна точка за растежа на косата
Почти всички клетки в човешкото тяло са идентични от генетична гледна точка и придобиват характерни структурни особености и функционални особености поради различната генна активност, което води до специализация на клетките - „настройване“ им да изпълняват специфична работа като част от специфична тъкан и орган. Изключение - разбира се, само потвърждаващо правилото - са високоспециализирани клетки, които в процеса на развитие обикновено губят ядрото с целия генетичен материал, както и някои други органели. Те включват някои кръвни клетки (еритроцити, тромбоцити), както и кератинизирани кожни клетки - корнеоцити.
„Жизненият цикъл“ на клетката като правило е ограничен от строго определен брой клетъчни деления и само стволовите клетки, които са неспециализирани, имат способността да се делят неограничено време в здрава тъкан.предшественици на галактика от "специализирани" клетки. (Въпреки това, стволовите клетки също имат определена специализация - например, само различни кръвни клетки могат да бъдат получени от стволови хемопоетични клетки, а "последователите" на ендотелните плурипотентни клетки образуват тъкани, покриващи кухините на вътрешните органи.) Диференциацията на стволовите клетки, подобно на процеса на ембрионално развитие, е под най-сложния контрол на биохимичния "фон" на онези тъкани, в които се развиват тези клетки. Този "фон" се състои от многобройни фактори на растеж и диференциация, които са предимно от протеинова природа.
Растежът на косата, която е неразделна част от обвивката на тялото на бозайниците, до голяма степен се дължи на нейната топлокръвност именно на структурата на кожата и способността й да расте коса, също е следствие от диференциацията на стволовите клетки - плурипотентни кожни клетки. Косменият фоликул - "коренът" на косъма - се образува от епителни стволови клетки, чиято диференциация се "насочва" от клетките на космената папила (BC клетки, клетки на дермалната папила), освобождавайки определени морфогенетични фактори в междуклетъчната среда. Смята се, че BC клетките контролират етапите на развитие на фоликулите и следователно растежа и обновяването на косата. Този механизъм обаче е доста объркващ, тъй като работата на BC клетките също е обект на контролни действия от други клетки! Скорошна работа, извършена в Лабораторията за диференциране на клетки на бозайници към Медицинския институт Хауърд Хюз в Съединените щати, хвърля известна светлина върху този сложен процес [1].
Отделени от тъканта, клетките на космената папила губят своите уникални качества
Клетките на космената папила наистина са сигнален център, който координира работата на епителните и мезенхимните клетки от различни видове. Уникални свойства на VS-клетките се определят от активността на гените и биохимичните фактори, които BC клетките освобождават в околната среда, "командвайки парада" на растежа на косата и диференциацията на кожните клетки. През 2005 г. същата група учени определят "профила на активност" на гените в клетките на BC и техния биохимичен "портрет", като се фокусират основно върху синтезираните от тях растежни фактори [2]. (Подобни "профили" са получени за редица други клетки на космения фоликул.) За тази силно индивидуална характеристика изследователите са използвали оригинална техника, базирана на поточна цитометрия, която им позволява да отделят различни видове клетки, "течащи" в поток от течност през оптичен детектор. В крайна сметка можете да сте сигурни, че един или друг растежен фактор се секретира от определен тип клетки само ако работите с хомогенна проба!
Оказа се, че сред 184-те гена, които съставляват "генетичния профил" на BC клетките, осем са рецептори и осем са растежни фактори, специфични само за този тип клетки, и приблизително същият брой е установено, че са общи за BC клетки и някои други клетки на космения фоликул. Въпреки това, ако изолираните клетки на космената папила се прехвърлят в хранителна среда, така че да образуват култура (фиг. 1), след известно време те губят своите уникални качества: растежните фактори, които секретират, изчезват от средата и, бивайки "трансплантирани" обратно в кожата, тези клетки вече не могат да започнат образуването на космен фоликул. Това означава, че активността на "профилните" гени се регулира от някои вещества, секретирани от други клетки, които образуват космения фоликул.
Костният морфогенетичен протеин определя "портрета" на BC клетките
Фигура 1. Клетките на космената папила губят уникалните си свойства, когато се прехвърлят от тяхното „местообитание“ в култура BC клетки се изолират от тъкан с помощта на поточна цитометрична техника и се поставят върху хранителна среда, където образуват култура. Последователно третиране на културата с растежни фактори, характерни за тъканната "ниша" на BC клетките, учените разкриха способността на семейството на костния морфогенетичен протеин (BMP) да поддържа способността на клетките на космената папила да индуцират растежа на косата. клетките на космената папила по време на индуцирането на образуването на космения фоликул, беше записана флуоресценцията на тези протеини). Означения: DF - дермални фибробласти; Mts - меланоцити; PM, диференциращи прогениторни клетки на тъканния матрикс; VES - клетки на външния епителен слой на космения фоликул; BC - клетки на космената папила.
Протеинът, който до голяма степен определя биохимичния "портрет" на клетките на космената папила, се оказа един от членовете на семейството на костните морфогенетични протеини (BMP или BMP, "Bone morphogenic protein") - цитокини, чиято основна функция е да регулират развитието на костната и хрущялната тъкан. Както се оказа, освен че участват във формирането на мускулно-скелетната система, тези протеини играят роля в контролирането на диференциацията и пролиферацията на епителните стволови клетки, както в организма на възрастните, така и в ембриогенезата.
Ролята на костния морфогенетичен протеин 6 (BMP-6) е установена в резултат на експериментално сканиране на активността на 23 съединения, нормално присъстващи в тъканната „ниша” на космения фоликул (фиг. 1). Като отличителна черта на биохимичния "портрет" на BC клетките е избрана активността на алкалната фосфатаза, която се запазва дълго време.време само под действието на костни морфогенетични протеини, но не и който и да е друг от 23-те тествани. По подобен начин KMB-6 възстановява активността на редица други гени, които също са специфични за BC клетки и спират да работят, когато се прехвърлят в култура, в която няма насочващ ефект в тъканта.
Тънкостта на регулацията на генната активност кара човек да се чуди: когато други клетки (например дермални фибробласти или остеобласти), които също съдържат активна алкална фосфатаза и други протеини, „характерни“ за BC клетките, се третират с костен морфогенетичен протеин, активността на тези гени практически не се променя! От друга страна, KMB-6 в тези клетки "усеща" други гени, които не променят своята активност в BC клетките под въздействието на този растежен фактор.
BMP възстановява способността на BC клетките да контролират растежа на косата
Поддържането на активността на "профилните" гени в културата е, разбира се, много интересен резултат. Въпреки това, колко по-интересно би било да се тества дали BC клетките, третирани с фактора на диференциация KMP-6, могат действително да предизвикат образуването на космен фоликул - и в крайна сметка да започнат растежа на косата!
Това предположение беше тествано по начин, по който активистите за правата на животните вероятно биха си размърдали косите. Суспензия, приготвена от фрагмент от кожата на трансгенна мишка, чиито кератиноцити произвеждат зелен флуоресцентен протеин, "овкусен" с BC клетките на друга мишка, се прехвърля в изрязани вдлъбнатини на гърба на трета мишка, напълно "гола" (без косми) поради генетична мутация. Голата мишка беше избрана по няколко причини. Първо, тя няма линия на косата. И второ, тя се отличава със слаба имунна система, поради което практически не отхвърля трансплантирани органи и тъкани. ("Гола" мишка -обща лабораторна линия (гола), използвана за изследване на рак, имунни заболявания и т.н.) Флуоресцентен протеин в кератиноцитите, оцветяващ ги в изумрудено зелено под обектива на флуоресцентен микроскоп, беше необходим в този случай за наблюдение на ефективността на "трансплантацията" и процесите, свързани с образуването на космени фоликули.
Ако раната на гърба на „гола“ мишка беше пълна само с кератиноцити, тя зарастваше, но не се наблюдаваше растеж на косми. Ако към кератиноцитите се добавят клетки от космената папила от културата, върху обраслата рана започват да растат редки косми. И накрая, максимален ефект при растежа на гъста коса се постига, ако BC клетъчната култура се третира с растежен фактор KMB-6, което напълно запазва способността на клетките да индуцират образуването на космен фоликул (фиг. 2).
Фигура 2. Третирането на култивирани клетки от космени папили с костен морфогенетичен протеин повишава способността им да индуцират растеж на косата. Кератиноцити (Kc), получени от кожата на трансгенни мишки и синтезиращи зелен флуоресцентен протеин (GFP), бяха трансплантирани върху гърба на голи мишки. Кератиноцитите сами по себе си доведоха само до заздравяване на раната (вляво), а когато към тях бяха добавени клетки от космените папили, се наблюдава растеж на косата. BC клетките, взети от културата, постепенно губят способността си да индуцират образуването на космени фоликули (в центъра), но когато културата се третира с KMB-6 морфогена, това свойство не само се запазва, но и значително се подобрява (вдясно). Горните два реда са обикновена снимка; Ред 3 — снимка на флуоресцентно сияние, причинено от GFP протеина, съдържащ се в трансплантираните кератиноцити.
Но фантазията на учените не е изчерпана с това. Да се установи ролята на костния морфогенетичен протеин в растежакоса още по-надеждно, те са получили мутантна линия от мишки, в която генът за рецептора Bmpr1, който е отговорен за способността да се реагира на KMB-6, е бил изтрит. Поради загубата на рецептора, BC клетките престават да "усещат" BMP-6 и губят способността си да индуцират растежа на косата - което също беше потвърдено в експеримент с умна трансплантация (фиг. 3). Загубата на рецептора, разбира се, промени биохимичния "портрет" на клетките - синтезът на почти всички характерни протеини спря - с изключение на. Самият KMB-6, чийто ген започна да се експресира много по-силно. Този факт най-вероятно показва наличието на отрицателна обратна връзка в биохимията на този цитокин. И освен това, това потвърждава, че ролята на BMP-6 не е директно да инициира растежа на косата, а да "натисне" BC клетките да започнат "изграждане" - диференциация на епителните стволови клетки, за да образуват нов космен фоликул.
Фигура 3. Целенасоченото дезактивиране на костните морфогенетични протеинови рецептори в клетките на космената папила нарушава способността им да индуцират растежа на косата. Тънки напречни срезове на кожата на мишката в зоната, където кератиноцитите са били "трансплантирани" с BC клетки, илюстрират хистологичните детайли на растежа на косата. На "контролните" участъци (вляво) ясно се виждат космените фоликули, характерни за кожата с нормално окосмяване. За случая с „изключени“ Bmpr1 рецептори в клетките на BC (вдясно) се вижда, че образуването на фоликули или изобщо не се случва, или те се развиват много слабо (маркирани със стрелки).напълно изчезна от BC клетките (и, следователно, чувствителността към KMB-6 също изчезна). А — оцветяване с хематоксилин/еозин. B - снимки под флуоресцентен микроскоп.
Чрез комбиниране на констатациите от различни експерименти учените успяха точно да установят, че „чувствителността“ на BC клетките към морфогена KMP-6 е необходима за способността да „провеждат“ процеса на образуване на космени фоликули и следователно да определят растежа на косата.
Фукс добавя към думите на своя сътрудник: „Сложната схема, използваща BMP-6, използвана от клетките за обмен на информация и команди една с друга, може да е част от молекулярния механизъм, който контролира цикъла на развитие на космения фоликул. Ако това е вярно, тогава сме една стъпка по-близо до разбирането на тайната на растежа на косата.
Лосион за радикален растеж на косата?
Разбира се, все още е твърде рано да се говори за ново лекарство против плешивост - в края на краищата, докато резултатите, получени в изследователските лаборатории, достигнат етапа на внедряване в медицински препарати и докато тези лекарства достигнат до пазара, ще мине повече от една година. Най-вероятно обаче ще дойде момент, когато те ще се борят срещу плешивостта не чрез трансплантиране на собствените си космени фоликули от местата, където се намират в излишък, в плешивата област на главата, а чрез използване на някакъв изкуствено създаден растежен фактор. Основното е, че след това роговите пластини не растат заедно с косата - така че е по-добре да не бързате засега!