Стовбурові клітини епідермісу за допомогою внутрішньоклітинних скелетних білків відчувають механічну напругу і починають особливо активно ділитися.
Якщо наша шкіра відчуває механічну напругу, вона збільшується. Тобто може здатися, що вона розтягується, але насправді в ній просто стає більше клітин. Власне, про те, що шкіру можна змусити рости, розтягнувши її, було відомо давно, і цю її властивість використовували і використовують в медицині. Але як саме механічна напруга перекладається мовою міжклітинних сигналів, ми досі уявляємо собі погано.
Очевидно, що тут головну роль відіграють стовбурові клітини епідермісу, завдяки яким шкіра постійно оновлюється. Якщо шкіра відчуває натягнення, стовбурові клітини повинні активніше ділитися, причому частина дочірніх клітин повинна стати спеціалізованою, тобто перетворитися на робочі клітини шкіри, а частина повинна так і залишитися в стовбуровому стані.
Дослідники з Брюссельського вільного університету вживили мишам під шкіру пристосування, яке використовується в хірургії і яке повільно розтягує шкіру, примушуючи її рости; стовбурові клітини шкіри у мишей модифікували генетично так, щоб вони синтезували білок, що світиться, за яким їх і їх нащадків можна було б легко впізнати. Так вдалося показати, що стовбурові клітини у відповідь на натягнення дійсно починають активніше ділитися, і завдяки приросту стовбурових клітин у шкірі з'являється більше клітин звичайних, з яких шкіра переважно і зроблена.
На рівні генів і молекул відбувалося таке. По-перше, активувалися гени, від яких залежать міжклітинні контакти - очевидно, що білки міжклітинних контактів в першу чергу відчувають фізичну напругу при розтягненні. По-друге, активувалися гени, що кодують білки цитоскелета, тобто внутрішньої білкової мережі, яка служить клітині опорою, структурує її і допомагає рухатися. У цитоскелет входять різні білки, і при напрузі особливо багато ставало тих, які здатні скорочуватися і стягувати різні ділянки клітини. По-третє, активувалися гени сигнального молекулярного ланцюжка, який стимулює клітинний поділ. Все це супроводжувалося перебудовами в хроматині, тобто в білково-хромосомному комплексі - потрібні гени розпаковувалися і ставали доступними для молекулярних машин, що зчитують генетичну інформацію.
У статті в Nature йдеться, що не всі стовбурові клітини, які потрапили під розтягнення, реагували подібним чином - тобто активували гени для підтримки клітинних контактів клітинного ділення тощо. Можливо, тут все залежить від того, яка сила діє на клітку: є клітини, яких розтягує сильніше, є ті, яких розтягує слабше.
З іншого боку, самі клітини можуть відрізнятися чутливістю до механічної напруги, нехай навіть об'єктивно воно однаково для всіх - хтось його буде відчувати сильніше, хтось слабкіше. Щоб відповісти на це питання, як пише портал Nature, потрібно виміряти сили, що діють на окрему живу клітку, що досі залишається дуже складним завданням.
Коли мишам вносили мутації в гени, які кодують скоротувальні елементи цитоскелета, стовбурові клітини в прямому сенсі переставали відчувати механічну напругу, і шкіра у відповідь на розтягнення не росла. Подальші експерименти показали, що скоротний цитоскелет, коли його розтягують, допомагає проникнути в клітинне ядро особливим білкам, які в ядрі включають гени, необхідні для відповіді на розтягнення.
Іншими словами, білкові скоротувальні нитки в стовбуровій клітині відчувають натягнення і перекладають це відчуття (якщо можна говорити про відчуття у білків) мовою молекулярних сигналів. Реакція на натягнення включається не у всіх стовбурових клітин, проте, швидше за все, інші стовбурові клітини відчувають активність своїх сусідів і якось на неї реагують.
Отримані результати знадобляться не тільки в медицині, де часто буває потрібно посилити ріст шкіри, щоб закрити рану або опік. Механічні сили взагалі відіграють велику роль у житті різних клітин, починаючи від імунних (минулого року ми писали, як механічні сили регулюють активність імунітету в легких) до пухлинних, які тиснуть на здорові клітини навколо себе і тим самим понуждають їх до суїциду. Розшифрувавши молекулярні механізми, що включаються у відповідь на розтягнення в стовбурових клітинах шкіри, ми, можливо, краще зрозуміємо, як керувати життям інших наших клітин.