Шрамы могут исчезнуть, но кожа помнит. Новое исследование Университета Рокфеллера показывает, что раны или другие вредные, вызывающие воспаление переживания передают долговременные воспоминания стволовым клеткам, находящимся в коже, и учат их быстрее излечивать последующие травмы.
Эти стволовые клетки, которые пополняют внешний слой кожи, получают сигнал от воспаления, собственной реакции организма на травму или инфекцию. Первый приступ воспаления делает эти клетки сенсибилизированными: в следующий раз, когда они ощущают его появление, они реагируют быстрее.
Это исследование, описанное 18 октября в Nature, дает первое доказательство того, что кожа может формировать воспоминания о воспалительной реакции – открытие, которое, по словам старшего исследователя Элейн Фукс, может иметь серьезные последствия для лучшего понимания и лечения ряда заболеваний.
"Усиливая реакцию на воспаление, эти воспоминания помогают коже сохранять целостность, что полезно для заживления ран после травм," говорит Фукс, Ребекка С. Лэнсфилд профессор. "Однако эта память также может иметь пагубные последствия, например, способствовать рецидиву некоторых воспалительных заболеваний, таких как псориаз."
Исцеляющие воспоминания
Независимо от того, обожжена ли солнцем, атакована микробами, порезана бумагой или что еще хуже, кожа быстро воспаляется – красная, опухшая и болезненная, поскольку тело пытается остановить повреждение и начать восстановление.
Давно известно, что иммунная система сохраняет память о воспалении, чтобы быстрее реагировать на рецидивирующие инфекции. Но ученые в лаборатории Фукса подозревали, что другие типы долгоживущих клеток могут аналогичным образом запоминать воспаление. Кожа была логичным местом для исследования: как защитный барьер тела, она выдерживает частые нападения.
Быстро стало очевидно, что большинство клеток внешнего слоя кожи, эпителия, не задерживаются достаточно долго, чтобы сформировать такие воспоминания. Вместо этого они мигрируют вверх через эпителий и в конечном итоге отслаиваются. Однако глубже в эпителии располагаются стволовые клетки, которые отвечают за его постоянное пополнение. Эти стволовые клетки остаются на месте еще долго после того, как кожа оправилась от воспаления; и, как выяснила команда, этот опыт меняет их.
В экспериментах с мышами постдок Шрути Найк и Саманта Б. Ларсен, аспирант, показал, что раны закрываются более чем в два раза быстрее на коже, которая уже испытала воспаление, чем на коже, которая никогда не была повреждена – даже если этот первоначальный воспалительный процесс произошел так долго, как шесть месяцев назад, что эквивалентно примерно 15 лет для человека. Команда определила, что заживление ускорилось, потому что стволовые клетки, подвергшиеся воспалению, лучше перемещались в рану, чтобы восстановить разрыв.
В других экспериментах исследователи раскрыли основные механизмы, которые перепрограммируют эти клетки. Они показали, что воспаление запускает процесс, который физически открывает определенные участки в хромосомах клетки, делая определенные гены доступными для активации. Некоторые из этих участков остаются открытыми еще долго после восстановления кожи, что позволяет генам быстрее включаться во время второго раунда воспаления.
Ген под названием Aim2, кодирующий "ущерб и опасность" чувствительный белок, оказался особенно важным: начальный приступ воспаления вызывает устойчивое увеличение его экспрессии. Вторая атака быстро активирует белок, что приводит к выработке воспалительного сигнала, который повышает способность стволовых клеток мигрировать в рану.
Новый виновник
Воспаление иногда может выйти из-под контроля, как это происходит при аутоиммунных заболеваниях, таких как псориаз, заболевании, отмеченном чешуйчатыми красными пятнами, которые часто многократно вспыхивают на одном и том же месте. Новые результаты показывают, что сама кожа может способствовать этой повторяющейся реакции.
Но на самом деле последствия не ограничиваются кожей. Выводы команды также могут иметь отношение к воспалительным заболеваниям, которые влияют на другие части тела, такие как оболочки кишечника и кишечника, которые, как и кожа, пополняются эпителиальными стволовыми клетками.
"В воспалительных заболеваниях уже давно обвиняют иммунные клетки, которые обращаются против организма. Однако это явно не единственная причина: стволовые клетки также могут быть важными участниками," Ларсен говорит.
А поскольку способность стволовых клеток к заживлению уменьшается с возрастом и полностью нарушается при раке, перепрограммирование через воспаление может иметь значение и для этих состояний.
"Лучшее понимание того, как воспаление влияет на стволовые клетки и другие компоненты ткани, революционизирует наше понимание многих заболеваний, включая рак, и, вероятно, приведет к новым методам лечения," Наик говорит.