Об участии дермального сосочка в развитии и регенерации волосяного фолликула - часть 2

Продолжаю публикацию статьи из журнала «Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine». Первую часть можно найти по ссылке.

Корреляция между размером дермального сосочка (dermal papilla - DP) и размером волосяного стержня была отмечена в здоровых человеческих волосяных фолликулах ещё в 1958 г.

Эта тенденция сохраняется в контексте прогрессирующего выпадения волос, при котором размер фолликула и волоса, который он производит, уменьшается в последовательных циклах до тех пор, пока не образуется миниатюрный пушковый фолликул.

Такое чёткое соответствие между размером дермального сосочка и размером и типом волос, производимых в последовательных циклах одним и тем же фолликулом, ставит вопрос о том, оказывает ли количество клеток DP прямое влияние на морфогенетическую программу.

Роль дермального сосочка для восстановления волос

В 2009 экспериментально было доказано, что дермальный сосочек посылает сигналы стволовым клеткам фолликулярной выпуклости, чтобы инициировать новую фазу анагена.

При уменьшении клеток DP инициация анагена задерживается, а при их удалении из фолликула во время первой фазы телогена он и вовсе не вступает в анаген и остаётся в телогене.

Фолликулы, чей состав DP-клеток падает ниже критического порогового значения, не могут повторно войти в анаген и остаются в фазе телогена, в то время как их соседи с достаточным уровнем вступают в новый цикл роста.

Таким образом критический уровень передачи сигналов необходим для инициации фазы анагена: в экспериментах по истощению DP уменьшенное количество клеток DP уменьшает совокупную передачу сигналов, доступную для инициации анагена.

Интересно, что, хотя акт повторного входа в фазу анагена специфичен для отдельных фолликулов, факторы «макросреды» координируют циклическое поведение фолликулов в пределах региона.

К ним относятся сигналы от соседних фолликулов, когда те вступают в анаген, информация от других типов клеток кожи и гормональные сигналы, генерируемые вне кожи.

Такая модель взаимодействия состоит в том, что одни и те же внутренние сигнальные пути фолликула, которые стимулируют или ингибируют анаген, кооптированы для межфолликулярной передачи сигналов с целью координации поведения между фолликулами.

Как соседние фолликулы, так и другие типы клеток кожи могут передавать сигналы, модулирующие порог входа в анаген, однако эксперименты по удалению DP показывают, что даже в макросреде, которая является стимулирующей для повторного входа в анаген, внутренние сигналы фолликулу от DP имеют решающее значение для старта процесса регенерации.

Функции дермального сосочка во время анагена

Корреляция размера DP с размером и формой волос предполагает, что он может контролировать одну или обе эти характеристики.

В отличие от людей, у которых старые волосы выпадают при образовании новых, у мышей волос сохраняется в большинстве фолликулов в течение нескольких циклов. Это позволяет отслеживать историю отдельного фолликула с течением времени.

Описанные в статье эксперименты по частичной абляции (удалению) дермального сосочка подтвердили, что количество клеток DP является определяющим фактором размера и морфологии волос.

Частичное удаление клеток DP в эксперименте с мышами в фазе телогена не оказывает кратковременного влияния на эпителиальный фолликул, пока он остаётся в телогене. Однако при повторном входе в анаген фолликулы, которые ранее образовывали шиловидные или пушковые волосы, начинают вырабатывать зигзагообразный тип.

Есть несколько способов, которыми число клеток DP может влиять на размер и морфологию волос. Во-первых, DP представляет собой физическую нишу для клеток-предшественников, образующих стержень волоса.

Эта нишевая роль, по-видимому, незначительна в фазе телогена. Никаких заметных изменений в эпителиальном фолликуле не наблюдается, когда DP удаляется или уменьшается во время фазы телогена.

Тем не менее, когда клетки DP истощаются в предшествующей фазе анагена или катагена, наблюдается уменьшенный вторичный зародыш, что позволяет предположить, что функция ниши необходима для формирования этой структуры во время перехода от катагена к телогену.

В фазе анагена изменение размера DP изменяет количество клеток-предшественников, которые продуцируют волосы. Дермальный сосочек также влияет на размер и форму стержня волоса за счет генерации сигналов, действующих на кератиноциты.

В контексте фолликулов, которые переключаются между продукцией разных типов волос в последовательных циклах роста волос, это указывает на то, что агрегированная сигнальная среда в более крупных волосяных луковицах позволяет одним и тем же клеткам DP генерировать качественно отличающийся набор инструкций.

DP также способствует регуляции пигментации волоса: он участвует в рекрутировании, дифференцировке и поддержании меланоцитов, которые заселяют волосяные луковицы по мере их формирования.

В дополнение к набору и поддержанию популяции меланоцитов, DP также производит сигналы, которые модулируют продукцию пигмента.

Например, в ответ на получение из дермального сосочка сигнального белка Agouti (Asip) меланоциты переключаются с производства темно-черного эумеланина на желтый феомеланин, а его же экспрессия в начале цикла роста волос приводит к образованию желтой полосы на кончиках, которая придаёт мышам пятнисто-коричневый окрас.

Как регулируется размер дермального сосочка

Тот факт, что популяция DP в фолликуле не является фиксированной, но изменяется предсказуемым образом, предполагает, что количество клеток DP активно регулируется.

Этот факт был подтвержден экспериментами по абляции клеток дермального сосочка: когда количество клеток DP уменьшалось во время фазы телогена, оно оставалось уменьшенным до конца этой фазы, однако в фолликулах, повторно вступивших в анаген, количество клеток DP восстанавливалось.

Это предполагает, что здоровый эпителиальный компартмент нормального размера может либо рекрутировать новые клетки, либо поддерживать пролиферацию существующих клеток DP для регенерации своей ниши.

Но если эпидермис рекрутирует DP, существует ли в дерме отдельная субпопуляция, которая предопределена или специально способна стать клетками дермального сосочка?

Учёные выяснили, что несколько независимых клеток сливаются, чтобы сформировать каждый дермальный сосочек.

Однако судьба дермального конденсата пластична и может быть изменена после первоначальной спецификации: либо у мутантов, у которых прогрессирование развития заблокировано, либо в экспериментах по реконструкции тканей с диссоциированными клетками дермы.

Если есть подмножество дермальных клеток, способных становиться DP, то оно больше, чем те, которые обычно действительно становятся.

Как и следовало ожидать, исследования подтверждают, что поверхностная или «папиллярная» дерма образует DP. Однако это не просто отражение возможности, связанной с их положением рядом с зарождающейся плакодой волос: эти клетки демонстрируют предпочтительную способность образовывать DP по сравнению с клетками, происходящими из более глубоких слоев дермы или гиподермы, что было выяснено экспериментально.

Наблюдения, проведенные с 2004 по 2014 гг., показывают, что не существует предопределенной клеточной линии DP, и при соответствующих условиях поверхностные дермальные клетки могут быть рекрутированы, чтобы принять эту судьбу с помощью сигналов, полученных от кератиноцитов.

Можно ли остановить выпадение волос с помощью DP

Уменьшение размера волосяного фолликула, связанное с прогрессирующим истончением и выпадением волос, включает неспособность поддерживать количество клеток DP.

Некоторые наблюдения предполагают, что андрогенетическая алопеция (облысение по мужскому типу) возникает из-за первичного дефекта DP.

Паттерн выпадения волос отражает дифференциальное эмбриологическое происхождение лобно-теменной и височно-затылочной мезенхимы скальпа, выведенное из анализа у других млекопитающих.

Другие типы диффузного истончения и выпадения волос, такие как наблюдаемые при старении, могут отражать первичный дефект в любом отделе волосяного фолликула, который частично проявляется как неспособность поддерживать количество клеток DP.

Развивающееся понимание механизмов, которые обычно определяют и поддерживают количество клеток DP, предлагает новые подходы к предотвращению выпадения волос или восстановлению уменьшающихся фолликулов.

В настоящее время выпадение волос часто устраняют путем пересадки волосяных фолликулов из непораженных участков кожи головы. Успех этой техники может зависеть от различного происхождения мезенхимы, из которой происходит DP в разных областях кожи головы.

Как стоимость, так и труд, связанные с подготовкой и имплантацией фолликулярных единиц, а также ограничения количества фолликулов, доступных для трансплантации, побуждают учёных к поиску альтернативных подходов.

Экспериментальный анализ функционирования клеток DP на грызунах показывает, что при соответствующих условиях имплантированные DP могут индуцировать новые волосяные фолликулы.

Одно из направлений усилий учёных сосредоточено на замене поврежденных волосяных фолликулов с нуля, по сути повторяя процесс развития in vivo или in vitro.

Эксперименты на грызунах показывают, что клетки, полученные из DP или проксимальной кожной оболочки, могут внедряться в выходящие волосяные фолликулы, особенно во время ранней фазы анагена, когда новые клетки обычно рекрутируются в DP.

Подводим итоги

Богатая история экспериментального анализа показывает, что дермальный сосочек играет ключевую роль в определении размера, формы и цвета волос, а также частоты их регенерации.

Молекулярные сигналы, которые опосредуют взаимодействие DP с матриксными кератиноцитами, имеют решающее значение для поддержания волосяного фолликула.

Успешное поддержание функционирования дермального сосочка в конечном счёте определяет размер и качество волосяного покрова, что крайне важно с эстетической точки зрения.

Данная статья приоткрывает очередную завесу тайн о том, какие клетки во взрослой коже могут рекрутироваться для превращения в DP, и какие сигналы опосредуют это рекрутирование и регулируют пролиферацию или выживание клеток DP, что обещает новые подходы к борьбе с выпадением волос.

Статья подготовлена: Morgan B.A.

Адаптированный перевод: Олеся Смагина, помощник директора центров эпиляции «Вселенная красоты»

Источник:

Morgan B.A. The dermal papilla: an instructive niche for epithelial stem and progenitor cells in development and regeneration of the hair follicle. Cold Spring Harb Perspect Med. 2014 Jul