Кожа человека содержит два основных типа взрослых стволовых клеток: эпидермальные и волосяных фолликулов. Обычно каждая из них имеет чётко определённую функцию — первые поддерживают саму кожу, вторые отвечают за рост волос. Однако недавние исследования, проведённые в Рокфеллеровском университете, показали удивительную адаптивность стволовых клеток волосяных фолликулов (HFSC). При повреждении кожи эти клетки способны переключаться с функции роста волос на активное участие в заживлении ран.
Что же заставляет их оперативно менять свои приоритеты?
Та же исследовательская группа из Рокфеллеровского университета обнаружила ключевой сигнал, лежащий в основе этой трансформации. Стволовые клетки волосяных фолликулов реагируют на так называемый интегрированный стрессовый ответ (ISR) — клеточную систему оповещения, которая помогает клеткам экономить энергию и концентрироваться на задачах, жизненно важных для выживания организма.
В коже этот стрессовый ответ напрямую связан с аминокислотой серином, условно незаменимым питательным веществом, которое присутствует во многих продуктах, таких как мясо, злаки и молоко. В своём исследовании, опубликованном в журнале *Cell Metabolism*, учёные продемонстрировали, что снижение уровня серина активирует ISR, замедляя производство волос. Если кожа при этом повреждена, ISR усиливается ещё больше, полностью останавливая рост волос, чтобы клетки могли сосредоточиться на восстановлении повреждённых тканей. Этот сдвиг в приоритетах значительно ускоряет заживление кожи.
«Дефицит серина запускает высокочувствительный клеточный «переключатель», который тонко настраивает судьбу клетки — от роста волос к восстановлению кожи», — объясняет первый автор исследования Джесси Новак, студент программы MD-PhD в Вейл-Медицинском колледже Корнеллского университета и бывший докторант в лаборатории Элейн Фукс при Рокфеллеровском университете. Он предполагает, что эти результаты открывают возможности для ускорения заживления кожных ран путём целенаправленного изменения уровня серина с помощью диеты или медикаментов.
Взрослые ткани организма полагаются на стволовые клетки для поддержания гомеостаза — они замещают отмершие клетки и восстанавливают повреждённые ткани. Однако до сих пор учёные недостаточно глубоко понимали, как эти клетки управляют своей энергией и питательными веществами при выполнении различных задач. Джесси Новак и его команда стремились раскрыть метаболические факторы, обеспечивающие нормальное функционирование стволовых клеток, и выяснить, какие изменения происходят, когда клеткам необходимо переключиться на режим заживления раны.
«Большинство кожных ран, с которыми мы сталкиваемся, являются ссадинами, разрушающими верхний слой кожи», — подчёркивает Новак. — «Этот участок является местом обитания пула стволовых клеток, которые обычно отвечают за заживление ран. Но когда эти клетки разрушаются, стволовые клетки волосяных фолликулов вынуждены брать на себя ведущую роль в восстановлении. Зная это, мы посчитали, что отслеживание этих клеток кожи в процессе заживления ран представляет собой очень хорошую модель для проверки того, регулируют ли метаболиты этот процесс в целом и каким образом».
Предыдущие исследования из лаборатории доктора Фукс уже демонстрировали, что предраковые стволовые клетки кожи могут становиться зависимыми от циркулирующего серина, и ограничение его в диете помогало предотвратить их злокачественное перерождение. Эти открытия подчеркнули сильное влияние серина на клеточное поведение и даже послужили основой для исследований, тестирующих диеты с низким содержанием серина как возможное средство борьбы с онкологическими заболеваниями.
Однако оставалось неясным, как снижение уровня серина может влиять на здоровые ткани. Чтобы выяснить это, Новак сосредоточился на исследовании роли серина в нормальной активности стволовых клеток и на том, как его отсутствие может изменять процессы регенерации.
Исследователи изучили реакцию стволовых клеток волосяных фолликулов на метаболический стресс. Они либо лишали мышей пищевого серина, либо использовали генетические методы, чтобы заблокировать выработку серина самими клетками. В обоих случаях результаты показали, что серин напрямую взаимодействует с ISR — системой, которая отслеживает нарушения баланса в тканях.
При низком уровне серина рост волос замедлялся, поскольку этот процесс требует значительных энергетических затрат. В случае возникновения ран, ISR активировался ещё сильнее, отдавая приоритет заживлению перед регенерацией волос. Иными словами, при усилении стресса механизмы восстановления кожи выходят на первое место.
«Никто не любит терять волосы, но когда речь идёт о выживании в стрессовых условиях, восстановление эпидермиса становится приоритетом», — отмечает доктор Фукс. — «Отсутствие участка волос не является угрозой для животного, но незаживающая рана — это уже угроза».
После того как команда подтвердила, что низкий уровень серина влияет на поведение стволовых клеток, возник логичный вопрос: может ли увеличение уровня серина способствовать усилению роста волос? Ответ оказался отрицательным. Организм строго контролирует уровень серина, и даже когда мышам давали в шесть раз больше пищевого серина, чем обычно, его концентрация увеличивалась лишь примерно на 50%.
«Однако мы обнаружили, что если мы препятствовали выработке серина самой стволовой клеткой и восполняли его дефицит с помощью диеты с высоким содержанием серина, нам удавалось частично восстановить регенерацию волос», — добавляет Новак.
В дальнейшем исследователи планируют изучить, можно ли улучшить заживление ран за счёт снижения потребления серина или использования лекарств, которые влияют на уровень серина или на путь ISR. Они также намерены протестировать другие аминокислоты, чтобы выяснить, обладают ли они схожими эффектами.
«В целом, способность стволовых клеток принимать решения о своей судьбе на основе испытываемого ими стресса, вероятно, имеет широкие последствия для понимания того, как ткани оптимизируют свои регенеративные способности в условиях дефицита ресурсов», — заключает Фукс.
