Jak powstają grzebienie naskórkowe?

Formowanie grzebieni naskórnych to temat artykułu, którego współautorami są badacze z Centrum Nowych Technologii UW – prof. Krzysztof Kobielak oraz dr Anna Puławska-Czub. Publikacja ukazała się w czasopiśmie „Nature”.

Międzynarodowy zespół badaczy z Uniwersytetu Warszawskiego, Washington State University, Wuhan Univeristy, University of California Irvine, The University of Texas at San Antonio, University of Iowa i innych instytucji naukowych opublikował w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature” wyniki badań dotyczących formowania grzebieni naskórkowych – procesu, który zachodzi na drodze ewolucyjnie odmiennych mechanizmów w skórze ssaków. Współautorami publikacji Rete ridges form via evolutionarily distinct mechanisms in mammalian skin są prof. Krzysztof Kobielak z Centrum Nowych Technologii UW i Wydziału Medycznego UW oraz dr Anna Puławska-Czub z Centrum Nowych Technologii UW.

Jak wskazują badacze, utrata owłosienia w toku ewolucji człowieka od dawna stanowi przedmiot zainteresowania zarówno naukowców, jak i opinii publicznej. Zmniejszenie gęstości włosów zbiegło się z pojawieniem się grzebieni naskórkowych (rete), których czas rozwojowy oraz mechanizmy molekularne pozostają słabo poznane, mimo ich wyraźnej obecności u ludzi.

Analiza rozwoju skóry człowieka i świni wykazała, iż grzebienie naskórkowe powstają w wyniku mechanizmu niezależnego od mechanizmów formowania mieszków włosowych i gruczołów potowych, poprzez ustanowienie wzajemnie połączonych wpukleń naskórka.

Badacze udokumentowali występowanie grzebieni naskórkowych u ssaków, w tym u niedźwiedzi grizzly oraz delfinów, a także wykazali, iż rany skóry noworodkowych świń mogą prowadzić do ich regeneracji od nowa. Wielogatunkowe analizy transkryptomiczne o wysokiej rozdzielczości czasowo-przestrzennej pozwoliły zidentyfikować istotne interakcje sygnałowe pomiędzy komórkami naskórka i skóry adekwatnej w trakcie morfogenezy grzebieni naskórkowych, w szczególności z udziałem szlaku sygnalizacyjnego BMP (ang. Bone Morphogenetic Protein, białko morfogenetyczne kości).

Ponadto badacze wykazali, iż skóra opuszek palców u myszy tworzy grzebienie naskórkowe i iż ich prawidłowe funkcjonowanie wymaga aktywnej sygnalizacji BMP w naskórku.

– W naszych badaniach wskazujemy, iż ewolucja grzebieni naskórkowych w skórze ssaków wiązała się z zastąpieniem programu molekularnego odpowiedzialnego za powstawanie dyskretnych mikroskopowych przydatków skórnych, w tym mieszków włosowych i gruczołów potowych, odrębnym programem prowadzącym do utworzenia wzajemnie połączonej sieci przydatków. Rozległa aktywacja sygnalizacji BMP w naskórku jest niezbędna do rozwoju sieci grzebieni naskórkowych zorganizowanych wokół leżących poniżej kieszeni skóry adekwatnej – mówi prof. Krzysztof Kobielak.

Mechanizmy regeneracji

Zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw powstawania grzebieni (rete) może umożliwić opracowanie strategii terapeutycznych ukierunkowanych na regenerację przydatków skóry, utraconych w wyniku urazu lub choroby u ludzi.

– W kierowanym przeze mnie Laboratorium Komórek Macierzystych, Rozwoju i Regeneracji Tkanek w Centrum Nowych Technologii na Uniwersytecie Warszawskim wraz z dr Anną Puławską-Czub użyliśmy wygenerowanych w naszym laboratorium myszy modyfikowanych genetycznie, w których szlak sygnalizacyjny BMP został albo całkowicie wyłączony, albo stale włączony po porodzie w komórkach skóry, tzw. keratynocytach budujących naskórek skóry. Ten unikatowy model zwierząt modyfikowanych genetycznie pozwolił na precyzyjną manipulację szlakiem sygnalizacyjnym BMP w czasie morfogenezy skóry, w tym w strukturach grzebieni naskórkowych. Pozwoliło to potwierdzić, iż grzebienie naskórkowe i ich prawidłowe funkcjonowanie wymaga aktywnej sygnalizacji BMP w naskórku, bez której te struktury nie powstają – wskazuje prof. Kobielak.

Modele myszy modyfikowanych genetycznie z precyzyjnym zahamowaniem lub aktywacją sygnalizacji BMP opracowane w Laboratorium Komórek Macierzystych, Rozwoju i Regeneracji Tkanek pozwoliły potwierdzić istotną rolę sygnalizacji BMP w formowaniu postnatalnym struktur grzebieni naskórkowych, które powstają w niezależnym mechanizmie od mieszków włosowych i gruczołów potowych – jako odrębny przydatek skóry.

– W konsekwencji grzebienie naskórkowe jawią się jako wzajemnie połączony przydatek skóry, nabyty de novo w toku ewolucji, równolegle ze spadkiem gęstości owłosienia, który wprowadza „strukturalną i funkcjonalną złożoność do inaczej płaskich nabłonków” – dodaje badacz.