Когда первые люди сбросили волосатую оболочку своих ближайших эволюционных предков, они также приобрели отличительную особенность, которая окажется критически важной для их успеха: тип потовых желез, которые позволяют телу быстро остывать. Эти крошечные железы чрезвычайно полезны, позволяя нам жить в самых разных климатических условиях и позволяя бегать на большие расстояния.
Теперь ученые из Университета Рокфеллера определили молекулярные основы, которые управляют формированием как волосяных фолликулов, так и потовых желез, обнаружив, что два противоположных сигнальных пути, которые могут подавлять друг друга, определяют то, чем становятся развивающиеся клетки кожи. Результаты, опубликованные в журнале Science 23 декабря, могут улучшить методы культивирования тканей кожи человека, используемые в процедурах трансплантации. В настоящее время люди, проходящие процедуру, получают новую кожу, неспособную потеть.
"Потовые железы жизненно важны для регулирования температуры и водного баланса в организме, но мы очень мало о них знаем," говорит Элейн Фукс, Ребекка С. Лансфилд, профессор и руководитель лаборатории клеточной биологии и развития млекопитающих Робина Чемерса Нойштейна. Люди с повреждением потовых желез, которое наблюдается у жертв ожогов и при некоторых генетических заболеваниях, страдают от опасного для жизни состояния – они должны оставаться в среде с контролируемой температурой и не могут тренироваться, поскольку это может привести к тепловому удару и повреждению мозга.
Потовые железы представляют собой серьезную проблему для исследователей, потому что в отличие от людей, где сосуществуют потовые железы и волосяные фолликулы, потовые железы у большинства млекопитающих, включая лабораторную мышь, ограничены крошечными безволосыми участками, такими как лапа. "Мы воспользовались этим региональным разделением у мышей и сравнили уровни экспрессии генов в каждой области, чтобы увидеть, какие сигналы были активными," говорит научный сотрудник Кэтрин Лу.
У развивающегося эмбриона в слое клеток, которые станут кожей, образуются небольшие углубления, называемые плакодами. Судьба этих плакод, превращаются ли они в волосяные фолликулы или потовые железы, зависит от молекулярных сигналов, которые они получают.
Исследователи определили два основных сигнальных пути и обнаружили, что они противодействуют или подавляют друг друга, чтобы определить судьбу плакоды. Для формирования волосяного фолликула у мышей должен присутствовать сигнальный белок, называемый sonic hedgehog (SHH), который подавляет другой сигнальный белок, известный как костный морфогенетический белок (BMP). В случае потовых желез происходит обратное: BMP повышается, вызывая каскад нижестоящих сигнальных событий, которые приводят к подавлению SHH.
Поняв, как работают сигнальные пути у мышей, Фукс и его коллеги сделали еще один шаг, чтобы изучить человеческую кожу.
"Сначала мы были озадачены тем, как это может работать у людей, потому что у мышей эти сигналы регионально разделены, что позволяет одному сигнальному пути доминировать," говорит Лу. "Но поскольку это противоположные силы, и они не могут происходить в одном и том же месте в одно и то же время, было неясно, как волосяные фолликулы и потовые железы развиваются в одной и той же области у людей."
Изучая различные стадии развития эмбриональной кожи человека, исследователи обнаружили, что у людей сигналы похожи, но разделены по времени – сначала рождаются волосяные фолликулы, а затем происходит взрыв BMP, который позволяет появиться потовым железам.
"Это недавнее эволюционное событие, которое распространило поздний эмбриональный взрыв BMP на большинство участков кожи, наделило людей большей способностью, чем их волосатые собратья, охлаждать свое тело и, следовательно, жить в различных средах," объясняет Фукс. "Обратной стороной является то, что нам приходится надевать пальто, чтобы не замерзнуть!"