СОЗДАН «МОЛЕКУЛЯРНЫЙ АТЛАС КОЖИ»

28.04.2020

Кожа млекопитающих выполняет целый ряд важнейших функций — барьерную, защитную, терморегуляционную, рецепторную, регуляторную и др. Реализовать ей все это позволяет довольно сложное строение — кожа включает в себя много типов клеток, таких как фиблобласты, эпителиальные, пигментные, иммунные, нервные, сосудистые и жировые клетки, — дифференцированных, находящихся на разных степенях дифференцировки или стволовых.

Однако полного понимания, как клетки кожи справляются с такой массой разнообразных задач, у нас до сих пор нет. Чтобы изучить особенности функционирования кожи, исследователи из Каролинского института использовали технологию секвенирования РНК одиночной клетки и создали карту генов, которые активны в тысячах отдельных клеток. Работа опубликована в журнале Cell Stem Cell.

Исследуя все слои кожи животных в разные циклы роста волосяных фолликулов, ученые обнаружили, что клетки координируются во время фаз роста волос. Чтобы определить полный спектр типов клеток и создать картину экспрессии генов, присутствующих в коже, ученые выделили клетки с дорсальной поверхности кожи мыши в возрасте пяти (стадия анагена) и девяти недель (стадия телогена), и создали транскриптомные библиотеки для последующего РНК секвенирования отдельных клеток. В коже мышей 5-недельного возраста таким методом было проанализировано 3149 клеток, а в коже мышей 9-недельного возраста — 2618 клеток.

В итоге они идентифицировали 56 различных типов и состояний клеток кожи, включая новые вариации, которые ранее не были описаны (подробнее см. на рисунке). В то время как большинство отсеквенированных клеток были представлены кератиноцитами (клетками, находящимися в поверхностном слое кожи — эпидермисе), ученые также идентифицировали значительное количество фибробластов, клеток, происходящих из фибробластов, иммунных клеток, сосудистых клеток, меланоцитов и шванновских клеток (леммоцитов, вспомогательных клеток нервной ткани, которые формируются вдоль аксонов периферических нервных волокон), а также небольшое количество клеток скелетных мышц и эритроцитов. И подавляющее большинство клеток так или иначе были вовлечены в разные циклы роста волос.

Локализация основных клеточных популяций (Joost S. et al., 2020)

В рамках исследования было установлено, что большинство клеток эпидермиса присутствует в одинаковых пропорциях как в анагене, так и в телогене, но двенадцать популяций из них (клетки волосяного фолликула и меланоциты) все же больше были представлены в анагене, а вторичные предшественники волос идентифицировались только в телогене. Некоторые популяции кератиноцитов были обнаружены исключительно в анагене. Также наблюдались транскриптомные отличия в популяциях фибробластов, определяемых в телогене и анагене.

В рамках исследования ученые описали, где именно в коже находятся эти клетки и какие гены в них экспрессируются. Авторы сделали эту информацию доступной в онлайн-атласе с открытым доступом, который может помочь другим исследователям, заинтересованным в изучении специфических генов, быстро выяснить, где они представлены. И наоборот, исследователи, заинтересованные в изучении конкретных клеток, могут выяснить, как изменяется экспрессия генов во время их специфической задачи. Создатели атласа считают, что эта информация будет полезна ученым, изучающим кожные заболевания, заживление ран или рак кожи.

Используя собственный атлас, авторы сделали несколько открытий. Например, они обнаружили, что внешний слой волосяного фолликула состоит из двух смешанных, но транскрипционно разных типов клеток с различной способностью взаимодействовать со стромальными типами клеток. В то же время клетки внутреннего слоя «ответвляются» от транскрипционно незафиксированных предшественников, и каждая дифференциация по линии происходит через промежуточное состояние. Они также могли видеть, как стволовые клетки начинают своё преобразование в определенные клеточные линии, проходя через различные молекулярные стадии.

Нужно учитывать, что работу ученые проводили на мышах, поэтому ее результаты нельзя полностью переносить на людей — высокий уровень организации человеческой кожи позволяет можно предположить даже большую сложность. . Однако это исследование даёт жизненно важные знания о структуре кожи кожи, о том, как кожа поддерживает свою структуру и выполняет свои функции в различных ситуациях. Эти знания могут помочь понять структуру других органов, то, как они обновляются и реагируют на различные условия.

Источник:

Joost S., Annusver K., Jacob Т., Sun X., Dalessandri T., Sivan U., Sequeira I., Sandberg R. The Molecular Anatomy of Mouse Skin during Hair Growth and Rest. Cell Stem Cell 2020; 1-45.