Участие стволовых клеток волосяного фолликула в заживлении кожных ран Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

получивших трансплантаты от доноров противоположного пола [8, 9, 11]. Более того, Harris показал дифференци-ровку стволовых клеток, полученных из костного мозга, в лёгочный эпителий без слияния in vivo [13].

Авторы статьи протестировали образцы тканей на полиплоидию сопутствующей демонстрацией X- и Y-хромосом. И хотя клеток с аномальным хромосомным набором обнаружено не было, исследователи считают, что из-за природы материала возможно было провести исчерпывающий тест на полиплоидию.

Таким образом, в работе показано, что клетки, мигрировавшие в лёгкие из внелегочного источника [в частности -костного мозга), способны к энграфтингу и дифференцировке в клетки альвеолярного эпителия, а также в клетки мезенхимального происхождения, включая макрофаги, эндотелий и гладкие миоциты. Работа подтверждает, что такой механизм репаративной регенерации возможен в лёгких человека.

Подобные работы могут указать на новые интересные возможности для лечения заболеваний лёгких. Клетки, приходящие в лёгкое при его повреждении, представляют собой потенциально управляемую систему, которая может использоваться для ускорения восстановления эпителия легких. В дополнение к этому, возможно, репопуляция повреждённых дыхательных путей нормальными клетками может быть достигнута при трансплантации костного мозга, как было показано другими авторами при лечении муковисцидоза [8]. Авторы также предполагают, что трансплантация костного мозга может быть использована в качестве дополнительного терапевтического средства при применении генной терапии. Эта возможность была исследована на экспериментальной модели и было показано, что стволовые клетки костного мозга могут быть трансформированы in vitro, а затем, после имплантации, дифференцироваться в дыхательный эпителий практически без потерь экспрессии трансгенов [14].

Участие стволовых клеток волосяного фолликула в заживлении кожных ран

Известно, что кожа и волосы млекопитающих характеризуются высокой скоростью обновления за счёт пролиферации и дифференцировки прогениторных клеток. К стволовым клеткам [СК] волосяного фолликула [ВФ], ответственным прежде всего за рост волоса, относят 2 популяции, одна из которых расположена в дермальном сосочке нижней части фолликула, а другая - в бугорке - bulge (БВФ), локализованном в верхней его части под устьем сальной железы [1]. В норме их пролиферация и дифференцировка обуславливают формирование всех типов клеток ВФ, сальной и потовой желез. Было показано, что в репарации повреждения кожи участвуют как базальные клетки эпидермиса, так и клетки дермального сосочка [2]. Участие клеток бугорка ВФ в регенерации кожи остаётся неизученным.

Группой Cotsarelis из University of Pennsylvania было установлено, что специфичным маркёром стволовых клеток БВФ является высокий уровень экспрессии белка цитокератина-15 [3]. Ранее было показано, что эти клетки как

минимум бипотентны и мигрируют в эпидермис физиологически и в процессе регенерации [5, 7]. Позднее выяснилось, что клетки БВФ обладают свойствами клоногенности и муль-типотентны. При трансплантации после 140 удвоений в культуре они давали начало всем линиям клеток, участвующим в формировании волоса. Многочисленные фолликулы были сформированы от потомства только одной СК [4]. Таким образом, работы ряда исследовательских групп доказали, что клетки области БВФ являются истинными СК взрослого организма млекопитающих [1, 3-6].

Открытие долгоживущих СК в эпидермисе и области БВФ, привело к появлению гипотезы о том, что, возможно, эти клетки участвуют и в обновлении эпидермиса в норме, и при заживлении кожных ран [1 ]. Для проверки этой гипотезы группа во главе с George Cotsarelis произвела «генную абляцию» этих клеток, используя их уникальный маркер - цитокератин-15. В результате подобной абляции рост волос прекращался по причине полной деградации фолликулов, однако эпидермис

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия № 1 (3), 2006

I I I I I I

Новости клеточных технологий

■ ■ тп

оставался неповрежденным. Итогом эксперимента служит вывод о том, что стволовые клетки ВФ и области бугорка не играют значительной роли в функционировании непосредственно клеток кожи. Эти данные подтверждают, что эпи-

Схема строения волосяного фолликула: БВФ - бугорок волосяного фолликула

телий кожи имеет собственный независимый источник стволовых элементов - клетки, расположенные в базальном слое эпидермиса, участвующие в образовании так называемой эпидермальной пролиферативной единицы (ЭПЕ) [8].

Дальнейшие эксперименты группы G. Cotsaгelis показали, что после повреждения эпидермиса клетки из области БВФ (которые принято относить к стволовым клеткам волоса) мигрируют в область дефекта, приобретая эпидермальный фенотип. Однако, исследователи не обнаруживали их в ране через несколько недель. Это говорит о том, что они отвечают за первый - срочный - ответ на повреждение, формируя быстро делящуюся и впоследствии дифференцирующуюся коротко живущую популяцию.

Таким образом, стволовые клетки области БВФ отвечают за быструю реэпитализацию раны, давая коротко живущую, переходную, активно делящуюся и мигрирующую популяцию. Сигналы, поступающие из дермального сосочка в бугорок и запускающие регенеративные процессы (Wnt/beta-catenin), уже выявлены и изучены [9]. Однако молекулы, запускающие быстрый ответ клеток БВФ на повреждение кожного эпителия, до сих пор не ясны. Идентификация таких сигнальных молекул позволит разработать способы борьбы с глубокими повреждениями кожи и другими нарушениями, например, с возрастной эпидермальной атрофией.

Ценность работы состоит в функциональном разделении двух групп стволовых клеток - эпидермиса и БВФ, а, значит, и в их более осознанном и целенаправленном использовании в качестве клеток-переносчиков терапевтических генов в заболеваниях волос и кожи (отдельно). В практическом отношении работа может внести и некоторый вклад в косметологию - при лазерном удалении нежелательных волос происходит абляция только клеток фолликула, а целостность эпидермиса в значительной степени не изменяется. Кроме того, уникальные свойства 2 независимых стволовых популяций волоса можно будет использовать для лечения алопеции и кожных ран.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Cotsarelis G., Sun T.T., Lavker R.M. Label-retaining cells resident in the bulge area of pilosebaceous unit: implications for follicular stem cells, hair cycle, and skin carcinogenesis. Cell 1990; 61: 1329-37.

2. Morasso M.I., Tomic-Canic M. Epidermal Stem Cells: the cradle of epidermal determination, differentiation and wound healing. Biol. Cell 2005; 97: 173-83.

3. Liu Y., Lyle S., Yang Z., Cotsarelis G. Keratin 15 promoter targets putative epithelial stem cells in the hair follicle bulge. J. Invest. Dermatol. 2003; 121: 963-8.

4. Claudinot S., Nicolas M., Oshima H. Et al. Long-term renewal of hair follicles from clonogenic multipotent stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005; 102(41): 14677-82.

5. Taylor G., Lehrer M.S., Jensen P.J. et al. Involvement of follicular stem cells in forming not only the follicle but also the epidermis. Cell 2000; 102(4): 451-61.

6. Morris R.J., Liu Y., Marles L. et al. Capturing and profiling adult hair follicle stem cells. Nat. Biotechnol. 2004; 22(4): 411-7

7. Tumbar T., Guasch G., Greco V. et al. Defining the epithelial stem cell niche in skin. Science 2004; 303(5656): 359-63.

8. Графова Г.Я. Цитоархитектоника эпидермиса и эпидермальнопролиферативные единицы (ЭПЕ). Архив анат., гитологии и эмбриол. 1982; 82(4): 73-85.

9. Van Mater D., Kolligs F.T., Dlugosz A.A., Fearon E.R. Transient activation of beta-catenin signaling in cutaneous keratinocytes is sufficient to trigger the active growth phase of the hair cycle in mice. Genes Dev. 2003; 17: 1219-24.

Подготовила B.C. Мелихова По материалам Nat. Med. 2005; 11: 1351-4

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия № 1 (3), 2006

А