Обмеження амінокислоти серину прискорює загоєння ран

Американські вчені з Рокфеллерського університету виявили, що обмеження споживання амінокислоти серину може потенційно прискорити загоєння ран. Дослідження, опубліковане у журналі Cell Metabolism, розкриває механізм, за яким стовбурові клітини волосяних фолікулів переключаються з підтримки росту волосся на відновлення пошкодженої шкіри.

Шкіра містить два типи дорослих стовбурових клітин: епідермальні та волосяних фолікулів. Їхні функції здаються чітко визначеними — підтримувати шкіру або забезпечувати ріст волосся. Однак попередні дослідження Рокфеллерського університету показали, що стовбурові клітини волосяних фолікулів можуть змінювати свою роль, долучаючись до загоєння шкіри при отриманні травми.

Лабораторія, яка зробила ці початкові відкриття, тепер ідентифікувала ключовий сигнал, який повідомляє стовбуровим клітинам волосяних фолікулів, коли припинити цикл росту волосся і зайнятися відновленням шкіри. Це інтегрована стресова відповідь, яка спрямовує стовбурові клітини зберігати енергію для основних завдань.

У шкірі дефіцит поживних речовин відчувається через незамінну амінокислоту серин, яка міститься у звичайних продуктах харчування, таких як м'ясо, зернові та молоко. Як демонструє нове дослідження, коли рівень серину знижується, активується інтегрована стресова відповідь, що змушує стовбурові клітини волосяних фолікулів сповільнити виробництво волосся. Якщо шкіра травмується на тлі дефіциту поживних речовин, інтегрована стресова відповідь підвищується ще більше, зупиняючи виробництво волосся і спрямовуючи зусилля на відновлення шкіри. Така зміна пріоритетів прискорює процес загоєння.

Джессі Новак, перший автор дослідження, який є студентом програми доктора медицини та філософії у Вейльському Корнеллському університеті та колишнім аспірантом лабораторії біології та розвитку клітин ссавців імені Робіна Чемерса Нойштайна в Рокфеллерському університеті під керівництвом Елейн Фукс, пояснює: «Позбавлення серину запускає високочутливий клітинний регулятор, який точно налаштовує долю клітини — у бік шкіри і від волосся. Наші висновки свідчать про те, що ми можемо прискорити загоєння ран шкіри, маніпулюючи рівнем серину через дієту або ліки».

Дорослі тканини містять пули стовбурових клітин, які ретельно балансують проліферацію, диференціацію та оновлення клітин для підтримки гомеостазу або нормального функціонування та відновлення ран. Однак їхні метаболічні потреби залишаються погано вивченими.

Для поточного дослідження Новак мав на меті ідентифікувати метаболічні фактори, які підтримують роботу стовбурових клітин під час повсякденних операцій, а потім відстежити, що змінюється, коли травма змушує стовбурові клітини волосяних фолікулів займатися відновленням ран.

«Більшість ран шкіри, які ми отримуємо, це подряпини, які руйнують верхню частину шкіри. Ця область є домом для пулу стовбурових клітин, які зазвичай керують відновленням ран. Але коли ці клітини знищуються, це змушує стовбурові клітини волосяних фолікулів взяти на себе провідну роль у відновленні», — каже Новак.

«Знаючи це, ми подумали, що відстеження цих клітин шкіри через загоєння ран представляє дуже хорошу модель для перевірки того, чи регулюють метаболіти цей процес загалом і як», — додає дослідник.

Попередні висновки лабораторії Фукс показали, що передракові стовбурові клітини шкіри стають залежними від серину, що циркулює в організмі, і що ці клітини можна запобігти повному переходу в ракові шляхом обмеження серину в дієті. Ці висновки продемонстрували, що метаболіт є ключовим регулятором утворення пухлин і надихнули випробування щодо впровадження дієт без серину як методів лікування раку. Але ніхто не розумів, як позбавлення серину в дієті вплине на нормальне функціонування тканин. Тому Новак зосередився на цій амінокислоті для своїх досліджень.

Команда піддала стовбурові клітини волосяних фолікулів серії метаболічних стрес-тестів, або позбавляючи їх серину в дієті, або використовуючи генетичні прийоми у мишей, щоб селективно запобігти виробленню серину стовбуровими клітинами волосяних фолікулів. Вони виявили, що серин знаходиться в прямому і постійному зв'язку з інтегрованою стресовою відповіддю, тригером, який активується, коли умови тканин виходять з рівноваги. Коли запас серину низький, стовбурові клітини волосяних фолікулів зменшують ріст волосся, який потребує значної енергії.

Звернувшись до іншого стресового виклику, команда потім зосередилася на відновленні ран. Вони виявили, що інтегрована стресова відповідь також активується у стовбурових клітинах волосяних фолікулів після травми. Більше того, коли миші відчувають як дефіцит серину, так і травму, маятник хитається ще далі, пригнічуючи регенерацію волосся і сприяючи відновленню ран. Таким чином, інтегрована стресова відповідь вимірює загальні рівні стресу тканин і відповідно розставляє пріоритети регенеративних завдань.

«Ніхто не любить втрачати волосся, але коли справа доходить до виживання у стресові часи, відновлення епідермісу має пріоритет», — каже Фукс. «Відсутня ділянка волосся не є загрозою для тварини, але незагоєна рана є такою».

Було зрозуміло, що низькі рівні серину мали значний вплив на долю і поведінку стовбурових клітин. Але як щодо протилежного? Чи може велика доза серину надзарядити ріст волосся, наприклад?

На жаль для всіх, хто страждає від втрати волосся, виявляється, що організм ретельно регулює кількість серину в циркуляції. Коли Новак годував мишей у шість разів більшою кількістю серину, ніж зазвичай, їхні рівні серину підвищилися лише на п'ятдесят відсотків.

«Однак ми побачили, що якщо ми запобігали стовбуровій клітині виробляти власний серин і поповнювали її втрати через дієту з високим вмістом серину, ми змогли частково відновити регенерацію волосся», — додає Новак.

Наступним на горизонті є дослідження потенціалу прискорення загоєння ран через зменшення дієтичного серину або через ліки, які впливають на рівні серину або активність інтегрованої стресової відповіді. Команда також хоче перевірити інші амінокислоти, щоб з'ясувати, чи є серин унікальним у своєму впливі.

«Загалом, здатність стовбурових клітин приймати рішення щодо клітинної долі на основі рівнів стресу, який вони відчувають, ймовірно, матиме широкі наслідки для того, як тканини оптимізують свої регенеративні здібності у часи, коли ресурси обмежені», — каже Фукс.