In einer neuen Studie verfolgen Yale-Forscher einen einzigartigen Ansatz, um die molekularen Signale zu identifizieren, die einen kritischen Auslöser für die Bildung und Regeneration von Haarfollikeln induzieren.
Die Ergebnisse könnten sich als entscheidend für die Entwicklung neuer Therapien für das Nachwachsen von Haaren erweisen – und eine Blaupause für die Enträtselung anderer Geheimnisse des Gewebewachstums auf zellulärer Ebene liefern.
„Dies ist ein jahrzehntealtes Problem, das unlösbar war, weil die Bildung des dermalen Kondensats, des Signalzentrums, das das Wachstum und die Differenzierung von Haarfollikeln induziert, aufgrund ihrer schnellen Bildung schwer zu visualisieren und zu erfassen war“, sagte Dr. Peggy Myung, außerordentliche Professorin für Dermatologie an der Yale School of Medicine und leitende Autorin der neuen Studie in der Zeitschrift Entwicklungszelle.
Hautkondensate (DCs) sind dicht gepackte Zellhaufen, die sich unter der äußeren Hautschicht befinden. DCs fungieren als zentrale Kommandanten der Haarfollikelaktivität, indem sie Signale an die äußere Hautschicht senden, sie anweisen, Haarfollikel zu bilden und die Follikelgröße zu bestimmen.
Die Enträtselung der Schritte, die die DC-Bildung induzieren, war eine große Herausforderung für die Forscher, da der Prozess im Laufe der Zeit schwer zu verfolgen und experimentell auseinanderzureißen ist. Die Überwindung dieser Barriere, so die Forscher, könnte die Tür zu effektiven Methoden zur Reproduktion von DCs öffnen, um neue Medikamente gegen Haarausfall zu testen und Haarfollikel in 3D-Kulturmodellen zu erzeugen.
Für die Studie verfolgten Myung und ihre Kollegen, darunter Yuval Kluger, Professor für Pathologie in Yale, der dem Programm für angewandte Mathematik der Universität angehört, einen einzigartigen Ansatz zur Untersuchung von DCs.
Unter Verwendung von Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten aus Maushaut entwarfen sie einen rechnerischen Ansatz, um eine Reihe von „Schnappschüssen“ von Einzelzellprofilen auszurichten, um den Zeitverlauf der DC-Entwicklung zu rekonstruieren. Dies lieferte eine Roadmap, die beschreibt, wie sich eine unreife Hautzelle selbst zur Reife treibt. Noch wichtiger ist, dass der Ansatz es den Forschern ermöglichte, die molekularen Signale zu untersuchen, die in diesem Prozess als Motoren dienen. Durch die Kombination ihrer Computerergebnisse mit genetischen In-vivo-Experimenten konnten sie die kritischen Signale, die an der DC-Bildung beteiligt sind, genau bestimmen.
„Wir zeigen, dass es zwei entscheidende Signale gibt, die den Prozess antreiben“, sagte Myung. „Interessanterweise sind dies Signale, von denen normalerweise angenommen wird, dass sie sich gegenseitig widersprechen, aber in diesem Fall kooperieren sie, um den Prozess der DC-Genese zu induzieren.“
Eines der Signale ist als Wnt bekannt, das andere als „Sonic Hedgehog“ oder SHH. Beide Signale gelten als wesentlich für die Entwicklung vieler Gewebetypen und spielen eine Rolle bei der Regulierung der Homöostase und Regeneration von Gewebe im Erwachsenenalter. Sie sind auch an pathologischen Zuständen wie Krebs beteiligt, wenn sie anormal überaktiviert werden.
Für die Studie konnten die Forscher diese Signale genetisch modulieren, um die Geschwindigkeit der DC-Bildung zu drosseln, wodurch der DC-Bildungsprozess effektiv in Zeitlupe abgespielt wurde.
„Diese Arbeit wird dazu beitragen, den Weg zur Entwicklung robuster Methoden zur Wiederherstellung von DCs im Labor und zur Regeneration erwachsener Haarfollikel zu ebnen“, sagte Myung. „Es zeigt auch, wie Computermethoden verwendet werden können, um Signale und Zellverhalten zu verstehen, die zuvor nicht erfasst werden konnten.“
Rihao Qu et al, Zerlegung eines deterministischen Pfads zur mesenchymalen Nischenbildung durch zwei sich überschneidende Morphogengradienten, Entwicklungszelle (2022). DOI: 10.1016/j.devcel.2022.03.011