Группа исследователей из Кельна и Хельсинки обнаружила механизм, предотвращающий выпадение волос: стволовые клетки волосяных фолликулов, необходимые для роста волос, могут продлить свою жизнь, изменяя свое метаболическое состояние в ответ на низкую концентрацию кислорода в тканях. Группу возглавляли доцент Сара Викстрём (Университет Хельсинки и Институт биологии старения Макса Планка) и дерматолог профессор Сабина Эминг (Кельнский университет), и в нее вошли исследователи из Кластера передового опыта в исследованиях старения Кельнского университета CECAD. , Институт биологии старения им. Макса Планка, Центр совместных исследований 829 "Молекулярные механизмы, регулирующие гомеостаз кожи," Центр молекулярной медицины (CMMC) (все в Кельне) и Хельсинкский университет. Бумага "Метаболизм глутамина контролирует обратимость судьбы стволовых клеток и долгосрочное поддержание в волосяном фолликуле ” была опубликована в журнале Cell Metabolism.
Каждый день ткани, такие как кожа и ее волосяные фолликулы, подвергаются воздействию окружающей среды, например, ультрафиолетовому излучению. Поврежденный материал постоянно удаляется и обновляется. В среднем каждый день теряется 500 миллионов клеток и 100 волос, что составляет 1.5 грамм материала. Мертвый материал заменяется стволовыми клетками, которые являются специализированными, очень пролиферативными и долгоживущими. Функция ткани зависит от активности и здоровья этих стволовых клеток; нарушение функции или уменьшение количества ведет к старению. "Хотя критическая роль стволовых клеток в старении установлена, мало что известно о механизмах, которые регулируют долгосрочное поддержание этих важных клеток. Волосяной фолликул с его хорошо изученными функциями и четко определяемыми стволовыми клетками был идеальной модельной системой для изучения этого важного вопроса," сказала Сара Викстрём.
Чтобы понять, что делает стволовые клетки функционально отличными от их дифференцированных дочерних клеток, команда исследовала транскрипционные и метаболические профили двух популяций клеток. "Интересно, что эти исследования показали, что стволовые клетки и дочерние клетки обладают разными метаболическими характеристиками," сказал доктор. Кристин Ким, со-ведущий научный сотрудник исследования. "Наш анализ также предсказал, что Rictor, важный, но относительно плохо изученный молекулярный компонент пути метаболического главного регулятора mTOR, будет задействован." Передача сигнала mTOR регулирует такие процессы, как рост, потребление энергии и кислорода клетками.
В более подробном анализе команда показала, что истощение стволовых клеток происходит из-за потери метаболической гибкости. В конце каждого цикла регенерации, во время которого создается новый волос, стволовые клетки возвращаются в свое определенное место и возвращаются в состояние покоя. Доктор. Сяолей Дин, другой ведущий ученый, объяснил:, "Ключевой вывод этого исследования заключается в том, что это так называемое "обратимость судьбы" требует перехода от метаболизма глутамина и клеточного дыхания к гликолизу. Стволовые клетки находятся в среде с низкой доступностью кислорода и поэтому используют глюкозу, а не глутамин, в качестве источника углерода для энергии и синтеза белка. Этот сдвиг вызван низкой концентрацией кислорода и сигнализацией Rictor. Удаление Rictor нарушило способность этого изменения судьбы стволовых клеток, вызывая медленное возрастное истощение стволовых клеток и вызванное возрастом выпадение волос." Дин и Эмин недавно создали генетическую модель мыши для изучения функции Rictor и обнаружили, что мыши, лишенные Rictor, значительно замедляли регенерацию волосяных фолликулов и цикличность, что указывало на нарушение регуляции стволовых клеток. "Интересно, что с возрастом у этих мышей наблюдалась потеря волос и уменьшение количества стволовых клеток," сказал Дин.
"Основная цель будущего – понять, как эти доклинические результаты могут быть применены в биологии стволовых клеток у людей и потенциально могут быть использованы фармацевтически для защиты от старения волосяных фолликулов," сказал Эминг. "Мы особенно взволнованы наблюдением, что применение ингибитора глутаминазы смогло восстановить функцию стволовых клеток у мышей с дефицитом Rictor, доказав принцип, согласно которому изменение метаболических путей может быть мощным способом повышения регенеративной способности наших тканей."