Телескопическая модель развития волосяных фолликулов

Биологи RIKEN раскрыли процесс развития волосяных фолликулов, создав динамический четырехмерный атлас, объясняющий происхождение и развитие различных клеток фолликула, включая взрослые стволовые клетки волосяного фолликула.

Как и другие взрослые ткани, волосяные фолликулы регенерируют из взрослых тканевых стволовых клеток. Однако эмбриональное происхождение этих стволовых клеток оставалось малоизученным из-за отсутствия маркеров для идентификации и отслеживания каждой клеточной линии.

Команда под руководством Хиронобу Фудзивары из RIKEN преодолела эту проблему. Ученые создали видеозаписи с интервальной съемкой развития волосяных фолликулов в течение нескольких дней в культивируемых образцах кожи эмбрионов мышей. Воспроизведение этих записей в обратном порядке позволило отследить судьбу клеток в развитых фолликулах вплоть до их самого раннего происхождения.

Исследователи наблюдали структуру, похожую на мишень. Клетки внутри зачаткового эпителия волосяного фолликула (плакоды) были расположены концентрически в соответствии с их будущей судьбой. Клетки в центре "мишени" давали начало нижней части фолликула, а клетки на внешних краях оставались на поверхности кожи.

Также было проведено профилирование экспрессии генов отдельных клеток на различных стадиях развития фолликула и реконструирована информация о клеточных линиях. Этот анализ подтвердил данные визуализации, укрепив гипотезу о том, что стволовые клетки волосяного фолликула происходят из определенной зоны во внешнем кольце ранней плакоды.

Пролиферация различных клеток привела к тому, что двумерные концентрические кольца в плакоде трансформировались в серию цилиндрических компартментов, расположенных как компоненты раздвижного телескопа. Это позволило исследователям назвать данный тип процесса развития телескопической моделью.

Аналогичный феномен объясняет формирование ног, антенн и других цилиндрических придатков у насекомых, таких как плодовые мушки. Таким образом, телескопическая модель может быть эволюционно консервативным механизмом развития в более широком смысле, хотя еще предстоит выяснить, возникают ли таким образом другие структуры млекопитающих. "Это еще должным образом не исследовано, что делает данный вопрос важным для будущих изысканий", — отмечает Фудзивара.

"Это исследование предоставляет дорожную карту нормального развития волосяного фолликула с подробным описанием клеточной динамики и изменений экспрессии генов целых клеточных линий", — говорит Фудзивара. "Сравнивая эту карту со случаями врожденных заболеваний, связанных с выпадением волос, можно определить, где лежат аномалии", — добавляет Рицуко Морита, первый автор исследования. "Результаты могут помочь разработчикам лекарств в создании новых терапевтических средств для борьбы с облысением и другими типами потери волос".

Исследование опубликовано в журнале Nature.