Стволовые клетки эпидермиса с помощью внутриклеточных скелетных белков чувствуют механическое напряжение и начинают особенно активно делиться.

Если наша кожа чувствует механическое напряжение, она увеличивается. То есть может показаться, что она растягивается, но на самом деле в ней просто становится больше клеток. Собственно, о том, что кожу можно заставить расти, растянув её, было известно давно, и это её свойство использовали и используют в медицине. Но как именно механическое напряжение переводится на язык межклеточных сигналов, мы до сих пор представляем себе плохо.

Кожа человека: над дермой (розовый толстый слой, занимающий большую часть фото) лежит базальный слой эпидермиса с углублениями в дерму. Стволовые клетки базального слоя обновляют верхние слои эпидермиса, которые постепенно отмирают. (Фото: Kilbad / Wikipedia)  

Очевидно, что тут главную роль играют стволовые клетки эпидермиса, благодаря которым кожа постоянно обновляется. Если кожа чувствует натяжение, стволовые клетки должны активнее делиться, причём часть дочерних клеток должна стать специализированной, то есть превратиться в рабочие клетки кожи, а часть должна так и остаться в стволовом состоянии.

Исследователи из Брюссельского свободного университета вживили мышам под кожу приспособление, которое используется в хирургии и которое медленно растягивает кожу, понуждая её расти; стволовые клетки кожи у мышей модифицировали генетически так, чтобы они синтезировали светящийся белок, по которому их и их потомков можно было бы легко узнать. Так удалось показать, что стволовые клетки в ответ на натяжение действительно начинают активнее делиться, и благодаря приросту стволовых клеток в коже появляется больше клеток обычных, из которых кожа преимущественно и сделана.

На уровне генов и молекул происходило следующее. Во-первых, активировались гены, от которых зависят межклеточные контакты – очевидно, что белки межклеточных контактов в первую очередь ощущают физическое напряжение при растяжении. Во-вторых, активировались гены, кодирующие белки цитоскелета, то есть внутренней белковой сети, которая служит клетке опорой, структурирует её и помогает двигаться. В цитоскелет входят разные белки, и при напряжении особенно много становилось тех, которые способны сокращаться и стягивать разные участки клетки. В-третьих, активировались гены сигнальной молекулярной цепочки, которая стимулирует клеточное деление. Всё это сопровождалось перестройками в хроматине, то есть в белково-хромосомном комплексе – нужные гены распаковывались и становились доступны для молекулярных машин, считывающих генетическую информацию.

В статье в Nature говорится, что не все стволовые клетки, которые попали под растяжение, реагировали подобным образом – то есть активировали гены для поддержания клеточных контактов клеточного деления и пр. Возможно, тут всё зависит от того, какая сила действует на клетку: есть клетки, которых растягивает сильнее, есть те, которых растягивает слабее.

С другой стороны, сами клетки могут отличаться чувствительностью к механическому напряжению, пусть даже объективно оно одинаково для всех – кто-то его будет ощущать сильнее, кто-то слабее. Чтобы ответить на этот вопрос, как пишет портал Nature, нужно измерить силы, действующие на отдельную живую клетку, что до сих пор остаётся очень сложной задачей.

Когда мышам вносили мутации в гены, кодирующие сократительные элементы цитоскелета, стволовые клетки в прямом смысле переставали чувствовать механическое напряжение, и кожа в ответ на растяжение не росла. Дальнейшие эксперименты показали, что сократительный цитоскелет, когда его растягивают, помогает проникнуть в клеточное ядро особым белкам, которые в ядре включают гены, необходимые для ответа на растяжение.

Иными словами, белковые сократительные нити в стволовой клетке чувствуют натяжение и переводят это ощущение (если можно говорить про ощущение у белков) на язык молекулярных сигналов. Реакция на натяжение включается не у всех стволовых клеток, однако, скорее всего, другие стволовые клетки чувствуют активность своих соседей и как-то на неё реагируют.

Полученные результаты пригодятся не только в медицине, где часто бывает нужно усилить рост кожи, чтобы закрыть рану или ожог. Механические силы вообще играют большую роль в жизни самых разных клеток, начиная от иммунных (в прошлом году мы писали, как механические силы регулируют активность иммунитета в лёгких) до опухолевых, которые давят на здоровые клетки вокруг себя и тем самым понуждают их к суициду. Расшифровав молекулярные механизмы, включающиеся в ответ на растяжение в стволовых клетках кожи, мы, возможно, лучше поймём, как управлять жизнью других наших клеток.