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    新的研究闡明幹細胞如何被激活並製造新的頭髮

  • 發布時間
    2016/07/30

 
日期: 三月二日, 2016
 
來源: 洛克菲勒大學
摘要: 住在毛囊的幹細胞是保持長時間的非活性狀態。一項新的研究表明,這些靜態時期對維持毛囊細胞復原至關重要,並明確了闡述細胞進入或是離開平靜狀態的機制。


毛囊缺乏蛋白質FOXC1只能保留在他們的毛囊一個老隆凸,而正常的幹細胞可以保留多達四個隆起。
照片來源: The Laboratory of Mammalian Cell Biology and Development at Rockefeller University/PNAS


成人幹細胞像是一個蓄水池一樣為身體提供從損壞或用完組織的補充。在像腸道和皮膚的器官中,這需要不斷的持續的復原修復,在這些地方幹細胞經常分裂。但是,在其他身體結構,包括毛囊,他們正在此則處於靜止狀態 - 在其中他們不繁殖,直到他們收到來自他們的周圍的信號,他們才會重新再生。


幹細胞的直觀意義是這樣一個寶貴的資源,會盡量少用。然而,科學家們對於幹細胞自己的平靜狀態是如何調節的了解非常有限,而且甚至無法確定其準確的生物學功能。在最近在PNAS,哺乳動物細胞生物學和發展的Robin Chemers Neustein實驗室的負責人Elaine Fuchs, Rebecca C. Lancefield教授,以及她的實驗室研究生Kenneth Lay,發布新的見解報告研究關於生物信號如何使毛囊幹細胞從平靜狀態到再生活動之間來回振盪。


 “在早期的研究中,我的實驗室展示了當老鼠老化時,老脂肪在他們的皮膚產生較高水平的神祕信號,稱為BMP的,” Fuchs 說“這個信號充當在毛囊幹細胞的分子煞車,使他們花費更長的時間在靜止狀態”。


在本研究中,Lay確定由BMP信號活化的幹細胞的基因,並發現該基因缺失時,所述幹細胞生長的毛髮用極短的時間間隔。 “我們最初以為可能發現了關鍵的頭髮生長之青春的湧泉 ”福克斯說,“但老鼠的被毛出奇變薄,早熟變灰。


更多的增生與更少的隆凸

一般的幹細胞,隨著新毛髮創造出新隆凸,同時確保舊隆凸和舊頭髮留在原地的毛囊。只有新的隆凸可以再生新髮,但老隆凸保持原位,以維持一個厚厚的,鬱鬱蔥蔥的外皮。在小鼠中,毛囊可以累積到四個這樣的隆凸。
當Lay和Fuchs透過停止功用或是破壞掉產生這類蛋白質的基因的方式創建缺乏FOXC1的小鼠 , 他們觀察到動物的毛囊幹細胞花費更多的時間生長的毛髮,並在靜止的時間更少。超過9個月期間,而正常小鼠毛囊增長四個新的毛髮,那些從FOXC1基因破壞掉的小鼠已經取得了新的毛髮七次。 “被破壞的幹細胞進入一個過於活躍的狀態,他們不能建立足夠的平靜。”Lay解釋說。.


研究人員還發現,在沒有FOXC1的實驗體,毛囊始終只有一個頭髮,儘管已經取得了新的毛髮七次。這是因為這些毛囊無法保留其舊隆凸,儘管它們生成新的隆起沒有問題。由於幹細胞開始增生,她們變得能少粘在一起。其結果是,當新生長的毛髮推過去,它的舊的隆凸起沒有停留的正確拴毛囊。而且,由於隆凸起發出的靜止的信號,其激活剩下的幹細胞甚至損失得更快。


走向灰髮和禿髮

雖然FOXC1缺陷小鼠的毛囊幹細胞在相對極快的速度產生的毛髮,這揮霍般的增生似乎也會磨耗他。年長的基因移除小鼠有稀疏,灰暗的外皮毛,他們不能像正常同年齡或是更年輕的小鼠盡快重新生成它們的皮毛。類似的現象已在小鼠造血幹細胞得到了說明,這些幹細胞能提升血球數目- 在幼小動物時更活躍的那些幹細胞在動物長大後就明顯地用盡。


“毛囊幹細胞也會影響共同棲息於隆凸之黑色素細胞的幹細胞,從而小眾的行為,”Fuchs說。 “因此,當毛囊幹細胞的數量隨著年齡下降,我們發現黑色素細胞的幹細胞的數量也一樣遞減,因而導致被留下之毛髮過早花白”。沒有多少人知道自然發生之落髮與年齡的關係,但這些禿頂基因被移除的小鼠可以提供一個模型來研究它。


故事來源:

上述內容由洛克菲勒大學提供
注: 內容可能因長度關係被編輯或刪減。.

參考期刊:

1.  Kenneth Lay, Tsutomu Kume, Elaine Fuchs. FOXC1 maintains the hair follicle stem cell niche and governs stem cell quiescence to preserve long-term tissue-regenerating potentialProceedings of the National Academy of Sciences, 2016; 201601569 DOI:10.1073/pnas.1601569113