Биологи объяснили выбор клеток кожи между волосатостью и потливостью

Американские исследователи выяснили, каким образом кожа эмбриона «решает», что именно сформируется на каждом ее участке: потовые железы или волосяные фолликулы. Статья опубликована в журнале Science.

У большинства млекопитающих потовые железы и волосяные фолликулы разнесены по разным участкам тела, и потовые железы обычно развиваются только на подушечках лап и на морде. Однако у человека и других приматов потовые железы и волосяные фолликулы находятся на одних и тех же участках кожи. Особенно много потовых желез у человека, и по количеству выделяемого пота с ним могут сравниться только очень немногие млекопитающие — например, лошади. Способность к охлаждению тела, которую обеспечивает обилие потовых желез по всему телу, позволяет человеку выдерживать очень высокие температуры и, например, бегать марафоны.

В ходе эмбрионального развития потовые железы и волосяные фолликулы образуются сходным образом, в результате врастания эпидермальных почек в мезенхиму. Каким образом при этом решается судьба таких почек — то есть почему они становятся потовыми железами или волосяными фолликулами — до сих пор не до конца понятно. В 1960-х в экспериментах по пересадке зародышевых тканей было показано, что ключевую роль в этом играет мезенхима: например, при пересадке эпителия роговицы кролика в мезенхиму на спине из нее образуются волосяные фолликулы, а при пересадке эпителия в мезенхиму подушечек лап из нее образуются потовые железы.

Авторы новой статьи решили выяснить, какие молекулярные механизмы лежат в основе такой специализации. Для этого они воспользовались тем, что у мышей на спине развиваются только волосяные фолликулы, а на лапках — только потовые железы. Ученые отсеквенировали РНК в мезенхимальных клетках этих участков у эмбрионов в момент формирования эпителиальных почек — то есть непосредственно перед образованием потовых желез и волосяных фолликулов.

Оказалось, что судьба этих почек определяется экспрессией в мезенхиме костных морфогенетических белков (BMP) — факторов роста, регулирующих развитие тканей зародыша. В мезенхимальных клетках лап уровень экспрессии этих белков гораздо выше, чем в клетках спины. Экспрессия BMP в мезенхиме запускает синтез факторов роста фибробластов (FGF). Белки BMP и FGF затем активируют сигнальные пути, которые в конечном итоге подавляют синтез в них белка SHH (sonic hedgehog) — еще одного важного регулятора эмбрионального развития. Подавление синтеза SHH и определяет судьбу эпителиальной почки: из нее развивается потовая железа.

В мезенхимальных клетках спины, напротив, уровень экспрессии BMP понижен. В результате в эпителиальных почках, врастающих в такую мезенхиму, ничто не подавляет синтез SHH. Белок SHH, в свою очередь, запускает сигнальный путь, стимулирующий синтез антагонистов BMP, которые в итоге еще больше подавляют его экспрессию. Все это приводит к тому, что из таких эпителиальных почек развиваются волосяные фолликулы.

Таким образом, ключевую роль в определении пути, по которому будут развиваться эпителиальные почки, играет антагонистическое взаимодействие белков BMP и SHH. Изменяя экспрессию генов этих белков на разных стадиях эмбрионального развития, авторы также показали, что это взаимодействие определяет судьбу эпителиальных почек только в течение узкого временного интервала. Например, сколько угодно сильное повышение экспрессии SHH в начавших формироваться потовых железах после окончания этого интервала никак не повлияет на развитие эпителиальных почек.

Наконец, авторы решили выяснить, каким образом потовые железы и волосяные фолликулы развиваются в одних и тех же участках мезенхимы у человека. Для этого они проследили за развитием эмбриональной кожи головы. Оказалось, что в мезенхиме человека различия в экспрессии BMP — не только временные, но и пространственные. До 15 недели развития эмбриона все образующиеся эпителиальные почки специализируются как волосяные фолликулы. Между 15 и 17 неделями происходит переключение пути развития: уровень экспрессии BMP становится все выше, и все больше эпителиальных почек идут по пути развития потовых желез. В конце концов, на 20 неделе развития, в коже развиваются уже только исключительно потовые железы.

Как заключают авторы, эти результаты в будущем могут пригодиться, например, для поиска способов лечения людей с нехваткой или отсутствием потовых желез. Потовые железы могут отсутствовать как в результате генетического заболевания — гипогидротической эктодермальной дисплазии, — так и в результате ожогов или травм. Недавно ученым удалось вырастить искусственную кожу, содержащую функционирующие потовые железы, которая также может найти применение в лечении подобных заболеваний.

Софья Долотовская

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Американцы составили водную карту поверхности Луны

Основываясь на уточненных спектроскопических данных, американские астрофизики составили первые количественные карты содержания воды на поверхности Луны. Полученные данные показали, что основным источником воды на поверхности Луны является солнечный ветер. А составленные карты могут потом быть использованы для уточнения теоретических моделей поведения летучих веществ на безвоздушных космических объектах. Работа опубликована в Science Advances.