КМБ возвращает ВС-клеткам способность управлять ростом волос

Поддержание активности «профильных» генов в культуре — это, конечно, очень интересный результат. Однако насколько интереснее было бы проверить, действительно ли ВС-клетки, обработанные фактором дифференцировки КМБ-6, могут индуцировать образование волосяного фолликула — и, в конечном счете, запустить рост волос!

Проверку этого предположения проводили способом, от которого у защитников прав животных, наверное, зашевелились бы волосы. Суспензию, приготовленную из фрагмента кожи трансгенной мыши, кератиноциты которой производили зеленый флуоресцентный белок, «сдобренный» ВС-клетками другой мыши, переносили в вырезанные углубления на спине третьей мыши — абсолютно «голой» (безволосой) по причине генетической мутации. «Голая» мышь была выбрана по нескольким причинам. Во-первых, у нее нет волосяного покрова. А во-вторых, её отличает слабый иммунитет, из-за чего она практически не отторгает пересаженные ей органы и ткани. («Голая» мышь — распространенная лабораторная линия (“nude”), на которой исследуют рак, заболевания иммунитета и др.) Флуоресцентный белок в кератиноцитах, окрашивающий их изумрудным цветом под объективом флуоресцентного микроскопа, понадобился в данном случае, чтобы наблюдать за эффективностью «трансплантации» и за процессами, связанными с образованием волосяных фолликулов.

В случае если рану на спине «голой» мыши заполняли одними только кератиноцитами, она затягивалась, но роста волос не наблюдалось. Если к кератиноцитам добавляли клетки волосяного сосочка из культуры, на заросшей ранке начинали расти редкие волосы. Наконец, максимальный эффект с ростом густых волос достигался, если культуру ВС-клеток обрабатывали фактором роста КМБ-6, в полной мере сохранявшим способность клеток к индукции образования волосяного фолликула (рис. 2).

Рисунок 2. Обработка культуры клеток волосяного сосочка костным морфогенетическим белком усиливает их способность индуцировать рост волос. Кератиноциты (Кц), полученные из кожи трансгенных мышей и синтезирующие зеленый флуоресцентный белок (GFP), «пересаживали» на спину «голым» мышам. Кератиноциты сами по себе приводили только к заживлению ранки (слева), а при добавлении к ним клеток волосяного сосочка наблюдался рост волос. ВС-клетки, взятые из культуры, постепенно теряют способность индуцировать образование волосяных фолликулов (в центре), однако при обработке культуры морфогеном КМБ-6 это свойство не только сохраняется, но и заметно усиливается (справа). Две верхние строчки — обычная фотография; 3 строка — фото флуоресцентного свечения, вызванного белком GFP, содержащемся в пересаженных кератиноцитах.

Но и на этом фантазия ученых не исчерпалась. Чтобы установить роль костного морфогенетического белка в росте волос еще более надежно, они получили мутантную линию мышей, в которых был удален ген рецептора Bmpr1, отвечающего за способность реагировать на КМБ-6. Вследствие потери рецептора ВС-клетки переставали «чувствовать» КМБ-6 и теряли способность индуцировать рост волос — что также было подтверждено в хитроумном трансплантационном эксперименте (рис. 3). Утрата рецептора, конечно, изменяла биохимический «портрет» клеток — синтез практически всех характерных белков останавливался — за исключением... самого КМБ-6, ген которого начинал экспрессироваться намного сильнее. Этот факт, скорее всего, свидетельствует о наличии отрицательной обратной связи в биохимии этого цитокина. А кроме того, это подтверждает, что роль КМБ-6 заключается не в прямой инициации роста волос, а в том, чтобы «подтолкнуть» ВС-клетки к запуску «строительства» — дифференцировке эпителиальных стволовых клеток с целью образования нового волосяного фолликула.

Рисунок 3. Направленная дезактивация рецепторов костного морфогенетического белка в клетках волосяного сосочка нарушает их способность индуцировать рост волос. Тонкие поперечные срезы кожи мышей в области, где была произведена «пересадка» кератиноцитов с ВС-клетками, иллюстрируют гистологические подробности роста волос. На «контрольных» срезах (слева) отчетливо видны волосяные фолликулы, характерные для кожи с нормальным оволосением. Для случая с «выключенными» рецепторами Bmpr1 в ВС-клетках (справа) видно, что образования фолликулов либо вообще не происходит, либо они развиваются очень слабо (отмечено стрелками). «Нокаутные» ВС-клетки получали из специальной трансгенной линии мышей, ген Bmpr1 в которых «выключался» под действием гидрокситамоксифена, и уже через несколько дней после обработки культуры этим веществом рецептор полностью исчезал из ВС-клеток (а, следовательно, пропадала и чувствительность к КМБ-6). А — окраска гематоксилином/эозином. Б — фотографии под флуоресцентным микроскопом.

Объединив выводы, полученные в различных экспериментах, ученые смогли точно установить, что «чувствительность» ВС-клеток к морфогену КМБ-6 является необходимой для способности «дирижировать» процессом формирования волосяного фолликула и, значит, определять рост волос.

«То, что мы открыли, по-настоящему интересно», — говорит Майкл Рендл (Michael Rendl), первый автор публикации в Genes & Development [1], ученый из лаборатории Элейн Фукс (Elaine Fuchs), где проводилась работа. — «Такое ощущение, что разные метаболические пути, комбинируясь между собой, регулируют работу разных наборов генов, придавая каждой клетке в составе волосяного фолликула неповторимые, свойственные только ей качества!»

Фукс добавляет к словам своего сотрудника: «Сложная схема с использованием КМБ-6, используемая клетками для обмена информацией и командами друг с другом, может оказаться частью молекулярного механизма, управляющего циклом развития волосяного фолликула. Если это и правда так, то мы оказались на один шаг ближе к пониманию секрета роста волос».