Если, увидев в зеркале седой волос, вы уже когда-нибудь подумали, что это последствия стресса, то, возможно, вы были не слишком далеки от истины. Согласно новому исследованию, генотоксичный стресс, повреждающий ДНК клеток, вызывает преждевременное появление седой шерсти у мышей. Результаты этой работы могут привести к открытию новых способов для предотвращения раннего поседения, а также для воздействия на более серьёзные последствия генотоксичного стресса, такие, например, как онкозаболевания.
Жизненный цикл обычного волоса достаточно прост. Он растёт в течение нескольких лет, затем остаётся неизменным два-три месяца перед тем, как в итоге умереть и выпасть. Тёмно-коричневый пигмент меланин, окрашивающий волос, вырабатывается во время фазы роста специальными клетками, расположенными в межклеточном веществе волоса, — меланоцитами. У птиц и млекопитающих меланоциты находятся в основании волос и перьев и определяют окраску шерсти и оперения. Зрелые меланоциты вырабатываются из популяции стволовых клеток меланоцитов, находящихся в волосяных мешочках, проходя через процесс дифференцировки. Ещё в 2005 году дерматолог Эми Нишимура из Токийского медицинского университета связала процесс поседения волос со стволовыми клетками меланоцитов.
Стволовые клетки — особые клетки живых организмов, обладающие свойствами эмбриональных клеток. Они способны впоследствии получать специализацию и превращаться в клетки со строго определёнными функциями, такие как клетки сердечной мышцы или инсулин-синтезирующие клетки поджелудочной железы. Всё больше и больше открытий, совершаемых в современной биологии, касается возможностей использования уникальных свойств этих магических хранителей нашей молодости.
В процессе роста новых волос некоторые стволовые клетки меланоцитов теряют свои свойства универсальности, становятся меланоцитами и придают волосам их природный цвет, другая же часть стволовых клеток остаётся в резерве и сохраняет окрашивающий пигмент для следующих поколений. Теория предполагает, что стволовые клетки непрерывно возобновляют сами себя и поэтому сохраняются в течение всей жизни организма. Но, как было замечено на практике, постепенно, по прошествии длительного времени, стволовые клетки исчезают из волосяных сумок, оставляя людей с поседевшими (не окрашенными пигментом) волосами.
Исходя из того что некоторые факторы, вызывающий генотоксичный стресс (например, радиация или повреждающие химические вещества), ответственны за другие признаки старения, Нишимура подозревала, что эти же факторы могут играть роковую роль в судьбе стволовых клеток. Предположение было проверено в ходе экспериментов на мышах, которые, как и человек, седеют с возрастом. Результаты этой работы, опубликованные в престижном биологическом журнале Cell, заставили учёных посмотреть под новым углом зрения на общепринятые научные теории, описывающие процесс старения стволовых клеток.
После облучения разрушающими клетку рентгеновскими лучами или воздействия медикаментами, применяющимися при химиотерапии (а значит, также обладающими разрушающими клетку свойствами), молодые мыши преждевременно седели. Этот результат не был неожиданным, самый большой сюрприз состоял в том, что это поседенее происходило необычным путём. Большинство стволовых клеток, находящихся в волосяных мешочках этих мышей, теряли свою «незрелость» и необратимо превращались в меланоциты, вырабатывающие пигмент. Тем самым резерв стволовых клеток истощался: вместо того чтобы умереть или потерять свою активность, клетки с повреждённой ДНК «созревали» раньше времени. Созревшие клетки теряют свою уникальную способность к обновлению. Следовательно, они уже не могли вырабатывать в достаточном количестве окрашивающий пигмент и мыши становились седыми. Более того, было доказано, что клетки из поседевшей шерсти мышей, подвергнувшихся воздействию стресса, и мышей, поседевших естественным путём, были неотличимы.
Какова же функциональная роль дифференцировки стволовых клеток в ответ на интенсивное и не подлежащее восстановлению повреждение ДНК? На первом этапе происходит удаление повреждённых стволовых клеток из популяции при помощи запуска их дифференцировки, а на втором этапе уже дифференцированная повреждённая клетка удаляется из резерва. Таким образом, этот процесс выполняет функцию своеобразного «контроля качества» в системе стволовых клеток. Накопление повреждённой ДНК в соматических (то есть не связанных с размножением) клетках рассматривается в современной биологии как основная причина старения в многоклеточном организме. Можно предположить, что такая проверка «качества» клеток является ключевым механизмом, ответственным за старение тканей, а также механизмом защиты стволовых клеток против раковых образований.