Причина появления мурашек на коже

Если вы когда-нибудь задумывались, почему у нас мурашки по коже, вы в хорошей компании, как и Чарльз Дарвин, который размышлял о них в своих работах по эволюции. Мурашки по коже могут защитить животных с густой шерстью от холода, но мы, люди, похоже, не извлекаем из этой реакции особой пользы — так почему же она сохранялась во время эволюции все это время?

В новом исследовании ученые Гарвардского университета обнаружили причину: типы клеток, которые вызывают мурашки по коже, также важны для регулирования стволовых клеток, которые восстанавливают волосяной фолликул и волосы. Под кожей мышца, которая сокращается для создания мурашек, необходима для того, чтобы соединить симпатический нерв с стволовыми клетками волосяного фолликула. Симпатический нерв реагирует на холод, сокращая мышцы и вызывая мурашки по коже в краткосрочной перспективе, а также стимулируя активацию стволовых клеток волосяного фолликула и рост новых волос в течение длительного времени.

Опубликованные в журнале Cell эти результаты на мышах дают исследователям лучшее понимание того, как различные типы клеток взаимодействуют, связывая активность стволовых клеток с изменениями внешней среды.

«Мы всегда были заинтересованы в понимании того, как поведение стволовых клеток регулируется внешними стимулами. Кожа представляет собой увлекательную систему: она имеет множество стволовых клеток, окруженных различными типами клеток, и расположена на границе нашего тела и внешнего мира». Следовательно, его стволовые клетки могут потенциально реагировать на разнообразные стимулы — из ниши, всего тела или даже внешней среды », — сказал Я-Чи Сюй, доцент кафедры стволовых клеток и регенеративной биологии Элвин и Эста Стар. , который руководил исследованием в сотрудничестве с профессором Сунг-Ян Лин из Национального университета Тайваня. «В этом исследовании мы выявили интересную двухкомпонентную нишу, которая не только регулирует стволовые клетки в устойчивом состоянии, но и модулирует поведение стволовых клеток в соответствии с изменениями температуры снаружи».

Система для регулирования роста волос

Многие органы состоят из трех типов тканей: эпителия, мезенхимы и нерва. На коже эти три линии организованы в особом порядке. Симпатический нерв, часть нашей нервной системы, которая контролирует гомеостаз тела и наши реакции на внешние раздражители, соединяется с крошечной гладкой мышцей в мезенхиме. Эта гладкая мышца, в свою очередь, соединяется со стволовыми клетками волосяного фолликула, типом эпителиальных стволовых клеток, критически важных для регенерации волосяного фолликула, а также для заживления ран.

Связь между симпатическим нервом и мышцей хорошо известна, так как они являются клеточной основой гусиной кожи: простуда запускает симпатические нейроны, чтобы послать нервный сигнал, а мышца реагирует, сжимаясь и заставляя волосы встать дыбом. Однако при исследовании кожи под чрезвычайно высоким разрешением с помощью электронной микроскопии исследователи обнаружили, что симпатический нерв не только связан с мышцей, но и образует прямую связь со стволовыми клетками волосяного фолликула. Фактически, нервные волокна обертываются вокруг стволовых клеток волосяного фолликула как лента.

«На ультраструктурном уровне мы действительно могли видеть, как взаимодействуют нерв и стволовая клетка. Нейроны имеют тенденцию регулировать возбудимые клетки, подобно другим нейронам или мышцам с синапсами. Но мы были удивлены, обнаружив, что они образуют подобные синапсоподобные структуры с эпителиальным эпителием». стволовая клетка, которая не является типичной мишенью для нейронов », — сказал Хсу.

Далее исследователи подтвердили, что нерв действительно нацелен на стволовые клетки. Симпатическая нервная система обычно активируется на постоянном низком уровне для поддержания гомеостаза тела, и исследователи обнаружили, что этот низкий уровень нервной активности поддерживает стволовые клетки в состоянии равновесия, готовом к регенерации. При длительной простуде нерв активируется на гораздо более высоком уровне, и высвобождается больше нейротрансмиттеров, что приводит к быстрой активации стволовых клеток, регенерации волосяного фолликула и росту новых волос.

Исследователи также исследовали, что поддерживает нервные связи со стволовыми клетками волосяного фолликула. Когда они удалили мышцу, соединенную с волосяным фолликулом, симпатический нерв втянулся, и нервная связь со стволовыми клетками волосяного фолликула была потеряна, показывая, что мышца была необходимой структурной опорой для соединения симпатического нерва с волосяным фолликулом.

Как развивается система

В дополнение к изучению волосяного фолликула в его полностью сформированном состоянии, исследователи исследовали, как система первоначально развивается — как мышцы и нервы достигают волосяного фолликула в первую очередь.

«Мы обнаружили, что сигнал исходит от самого развивающегося волосяного фолликула. ​​Он секретирует белок, который регулирует формирование гладкой мышцы, которая затем привлекает симпатический нерв. Затем у взрослого происходит обратное взаимодействие, причем нерв и мышца вместе Регулирование стволовых клеток волосяного фолликула для регенерации нового волосяного фолликула. ​​Оно замыкает весь круг — развивающийся волосяной фолликул создает свою собственную нишу », — сказала Юлия Шварц, научный сотрудник лаборатории Сюй. Она была одним из первых авторов исследования, наряду с Мерием Гонсалес-Селейро, аспирантом в лаборатории Хсу, и Чих-Лунгом Ченом, докторантом в лаборатории Линь.

Отвечая на окружающую среду

С помощью этих экспериментов исследователи определили двухкомпонентную систему, которая регулирует стволовые клетки волосяного фолликула. Нерв является сигнальным компонентом, который активирует стволовые клетки через нейротрансмиттеры, в то время как мышца является структурным компонентом, который позволяет нервным волокнам напрямую соединяться со стволовыми клетками волосяного фолликула.

«Вы можете регулировать стволовые клетки волосяного фолликула самыми разными способами, и они являются прекрасными моделями для изучения регенерации тканей», — сказал Шварц. «Эта конкретная реакция полезна для сочетания регенерации тканей с изменениями во внешнем мире, такими как температура. Это двухслойная реакция: мурашки по коже являются быстрым способом обеспечить некоторое облегчение в краткосрочной перспективе. Но когда длится холод, это становится хорошим механизмом для стволовых клеток, чтобы знать, что, возможно, пришло время регенерировать новую шерсть ».

В будущем исследователи будут дополнительно изучать, как внешняя среда может влиять на стволовые клетки кожи, как при гомеостазе, так и в ситуациях восстановления, таких как заживление ран.

«Мы живем в постоянно меняющейся среде. Поскольку кожа всегда находится в контакте с внешним миром, это дает нам возможность изучить, какие механизмы используются стволовыми клетками в нашем организме для интеграции производства тканей с изменяющимися потребностями, что очень важно для организмов, чтобы процветать в этом динамичном мире «, сказал Сюй.

Это исследование было поддержано Нью-йоркским фондом стволовых клеток, премией Одиссеи Фонда семьи Смита, Благотворительными фондами Пью, Гарвардским центром нейрообнаружения, Институтом стволовых клеток Гарварда, Грантом на инновации Гарвардской медицинской школы, Американским онкологическим обществом, Национальным институтом здравоохранения, Министерством Тайваня Наука и техника, и Национальная университетская больница Тайваня.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Гарвардским университетом . Оригинал написан Джессикой Лау. Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Юлия Шварц, Мерием Гонсалес-Селейро, Чи-Лунг Чен, Х. Амалия Пазолли, Шу-Сянь Шеу, Сабрина Май-Йи Фан, Фарназ Шамси, Стивен Ассаад, Эдрик Тай-Ю Лин, Бинг Чжан, Пай-Чи Цай, Меган Он, Ю-Хуа Ценг, Сунг-Ян Лин, Я-Цзе Сюй. Типы клеток, способствующие мурашкам, образуют нишу для регулирования стволовых клеток волосяного фолликула . Cell , 2020; DOI: 10.1016 / j.cell.2020.06.031