Как клетки кожи вступают в быструю, но тщательно продуманную смерть

Кожа является самым ярым защитником нашего организма от болезнетворных микроорганизмов и других внешних угроз. Ее внешний слой поддерживается благодаря замечательной трансформации, при которой клетки кожи быстро превращаются в чешуйки – плоские мертвые клетки, которые обеспечивают уплотнение между живой частью кожи и внешним миром.

«На протяжении всей нашей жизни с поверхности кожи непрерывно сбрасываются чешуйки, которые заменяются внутренними клетками, движущимися наружу», – говорит Элейн Фукс , профессор Университета Рокфеллера, чья лаборатория недавно пролила новый свет на этот процесс. «Мы определили механизм, который позволяет клеткам кожи ощущать новые изменения в их среде и очень быстро развертывать инструкции для формирования чешуек».

Исследование, проведенное на мышах и описанное в Science, также дает представление о том, как ошибки в этом механизме могут привести к кожным заболеваниям, таким как атопический дерматит и псориаз.

Как масло и уксус

Эпидермис кожи состоит из внутреннего слоя стволовых клеток, которые периодически перестают делиться и движутся наружу, к поверхности тела. По мере того, как клетки проходят через последующие слои, они сталкиваются со все более суровым воздействиям нашей окружающей среды, такими как изменения температуры. На самом последнем этапе, когда они приближаются к поверхности, ядра и органеллы клеток внезапно теряются в результате драматического превращения в чешуйчатое вещество.

Фелипе Гарсиа Кироз, бывший постдокторант в лаборатории Фукс, заметил нечто странное в клетках кожи перед тем, как они превратились в чешуйки: окрашенные в темный цвет белковые отложения, похожие на капельки, которые можно увидеть, если вы нальете масло в уксус и начнете эту смесь трясти.

Это явление, называемое разделением фаз, возникает, когда жидкости с несовпадающими свойствами объединяются: масло предпочитает находиться в компании другого масла, поэтому оно отделяется от уксуса. Также считается, что фазовое разделение происходит внутри клеток, где эквиваленты капель масла представляют собой плохо изученные структуры, которые, в отличие от многих других клеточных органелл, не связаны липидными мембранами. Кироз и его коллеги подозревали, что в клетках кожи наблюдаемые темные белковые отложения, известные как кератохалиновые гранулы, образуются через фазовое разделение и несут молекулярные сообщения, которые при высвобождении заставляют клетки быстро сплющиваться и умирать.

Чтобы проверить эту идею непосредственно на коже, Кироз и его коллеги разработали метод визуализации динамики разделения фаз без нарушения нормальных процессов в клетке. Они создали мышей с датчиком фазового разделения, биомолекулой, которая излучает зеленый свет под микроскопом, когда образуются кератохалиновые гранулы, а затем рассеивается, когда гранулы разбираются.

Образование капель (зеленых) приводит к быстрой трансформации клеток кожи.

С помощью этого метода исследователи смогли показать, что белок, называемый филаггрин, который, как известно, мутирует при некоторых состояниях кожи, играет ключевую роль в образовании гранул. «Если филагрин не функционирует должным образом, фазовое разделение не происходит, коже не хватает гранул кератохалина, и клетки больше не могут трансформироваться в ответ на триггеры окружающей среды», – говорит Кироз.

Разрушение барьера

Полученные данные также проливают свет на основные причины кожных заболеваний, связанных с мутациями в филагрине. Например, когда Кироз сконструировал белки филагрина, имитирующие мутации, связанные с атопическим дерматитом, клетки кожи больше не могли образовывать нормальные гранулы. «Мы подозреваем, что это отсутствие разделения фаз способствует дефектам в создании кожного барьера, что приводит к воспаленной, потрескавшейся коже, которая наблюдается в этих условиях», – говорит он.

Работа может открыть совершенно новые возможности для разработки методов лечения этого и других заболеваний кожи, связанных с филагрином.

«Большинство разработанных до сих пор методов лечения было направлено на подавление иммунной системы, но наши результаты показывают, что мы должны более внимательно изучать сам барьер», – говорит Фукс.

DOI: 10.1126/science.aax9554

Вас также может заинтересовать:

Показано, что «примитивные» стволовые клетки регенерируют кровеносные сосуды в глазу