Bestimmte Stammzellen haben die einzigartige Fähigkeit, sich zwischen Wachstumskompartimenten in Haarfollikeln zu bewegen, aber mit zunehmendem Alter bleiben sie stecken und verlieren ihre Fähigkeit, zu reifen und die Haarfarbe beizubehalten, wie eine neue Studie zeigt.
Unter der Leitung von Forschern der Grossman School of Medicine der New York University konzentrierte sich die neue Arbeit auf Hautzellen bei Mäusen und auch beim Menschen, sogenannte Melanozyten-Stammzellen oder McSCs. Die Haarfarbe wird dadurch gesteuert, ob nicht funktionsfähige, aber sich kontinuierlich vermehrende McSC-Cluster in den Haarfollikeln das Signal erhalten, sich zu reifen Zellen zu entwickeln, die die für die Farbe verantwortlichen Proteinpigmente produzieren.
Die am 19. April in der Zeitschrift Nature online veröffentlichte neue Studie zeigte, dass McSCs bemerkenswert plastisch sind. Das bedeutet, dass sich diese Zellen während des normalen Haarwachstums kontinuierlich auf der Reifungsachse hin und her bewegen, während sie zwischen den Kompartimenten des sich entwickelnden Haarfollikels wandern. In diesen Kompartimenten sind McSCs verschiedenen Proteinsignalen ausgesetzt, die die Reife beeinflussen.
Konkret fand das Forschungsteam heraus, dass McSCs je nach Standort zwischen ihrem primitivsten Stammzellzustand und der nächsten Stufe ihrer Reifung, dem Transitamplifikationszustand, wechseln.
Die Forscher fanden heraus, dass mit zunehmendem Alter, Haarausfall und wiederholtem Nachwachsen der Haare immer mehr McSCs in der Stammzellkammer, der Ausbuchtung des Haarfollikels, stecken bleiben. Sie bleiben dort, reifen nicht zum transitamplifizierten Zustand heran und wandern nicht zu ihrem ursprünglichen Ort im Keimkompartiment zurück, wo WNT-Proteine sie dazu gedrängt hätten, sich zu Pigmentzellen zu regenerieren.
„Unsere Studie erweitert unser grundlegendes Verständnis darüber, wie Melanozyten-Stammzellen beim Färben von Haaren funktionieren“, sagte der Hauptforscher der Studie, Qi Sun, PhD, Postdoktorand an der NYU Langone Health. „Die neu entdeckten Mechanismen lassen darauf schließen, dass die gleiche feste Position von Melanozyten-Stammzellen auch beim Menschen vorhanden sein könnte. Wenn ja, stellt dies eine potenzielle Möglichkeit dar, das Ergrauen menschlicher Haare umzukehren oder zu verhindern, indem festsitzenden Zellen geholfen wird, sich wieder zu bewegen.“ zwischen den sich entwickelnden Haarfollikelkompartimenten".
Die Forscher sagen, dass die McSC-Plastizität in anderen sich selbst erneuernden Stammzellen nicht vorhanden ist, beispielsweise denen, aus denen der Haarfollikel selbst besteht, von denen bekannt ist, dass sie sich während ihrer Reifung entlang einer festgelegten Zeitachse in eine einzige Richtung bewegen. Beispielsweise kehren Haarfollikelzellen, die den Transit verstärken, nie in ihren ursprünglichen Stammzellzustand zurück. Dies erklärt teilweise, warum Haare auch dann weiter wachsen können, wenn ihre Pigmentierung nachlässt, sagt Sun.
Frühere Arbeiten desselben NYU-Forschungsteams zeigten, dass WNT-Signale erforderlich sind, um McSCs zur Reifung und Pigmentproduktion anzuregen. Diese Studie zeigte auch, dass McSCs im Haarfollikel milliardenfach weniger dem WNT-Signal ausgesetzt waren als im Haarkeimkompartiment, das sich direkt unter der Ausbuchtung befindet.
In den neuesten Experimenten an Mäusen, deren Haare durch Haarentfernung und forciertes Nachwachsen physisch gealtert wurden, stieg die Anzahl der Haarfollikel mit McSCs, die in der Follikelausbuchtung stecken, von 15 % vor der Haarentfernung auf fast die Hälfte nach der forcierten Alterung. Diese Zellen waren weiterhin nicht in der Lage, sich zu regenerieren oder zu pigmentproduzierenden Melanozyten zu reifen.
Die Forscher fanden heraus, dass die festsitzenden McSCs ihr Regenerationsverhalten einstellten, da sie nicht mehr viel WNT-Signalisierung ausgesetzt waren und daher nicht mehr in der Lage waren, Pigmente in neuen Haarfollikeln zu produzieren, die weiter wuchsen.
Im Gegensatz dazu behielten andere McSCs, die sich weiterhin zwischen der Follikelausbuchtung und dem Haarkeim hin und her bewegten, ihre Fähigkeit, sich während des zweijährigen Studienzeitraums als McSCs zu regenerieren, zu Melanozyten zu reifen und Pigmente zu produzieren.
„Es ist der Verlust der Chamäleonfunktion in Melanozyten-Stammzellen, der für Alterung und Verlust der Haarfarbe verantwortlich sein könnte“, sagte die Hauptforscherin der Studie, Mayumi Ito, PhD, Professorin an der Ronald-Abteilung für Dermatologie. O. Perelman und die Abteilung für Zellbiologie an der NYU Langone Health.
„Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Beweglichkeit von Melanozyten-Stammzellen und die reversible Differenzierung der Schlüssel zur Erhaltung gesunder, gefärbter Haare sind“, sagte Ito, der auch Professor in der Abteilung für Zellbiologie an der NYU Langone ist.
Für die Studie verwendeten die Forscher aktuelle 3D-Intravitalbildgebung und scRNA-seq-Techniken, um Zellen nahezu in Echtzeit zu verfolgen, während sie alterten und sich innerhalb jedes Haarfollikels bewegten.
Die Finanzierung der Studie erfolgte durch die National Institutes of Health-Zuschüsse P30CA016087, S10OD021747, R01AR059768, R01AR074995 und U54CA263001; und das Verteidigungsministerium bewilligt W81XWH2110435 und W81XWH2110510.
