Открыт белок, связанный с процессом заживления ран
 Новорожденные мышы: нормальная (сверху) и с утолщенной в 5 раз кожей. (Источник: University of California - San Diego). (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Ученые опубликовали свое открытие в журнале Nature. Белок, который раньше связывали только с клеточной смертью, играет ключевую роль в процессе заживления ран у лабораторных мышей. Этот белок известен как каспаза 8. Его недостаток наблюдается у людей с экземой, а у диабетиков он вырабатывается в избытке.
Исследователи говорят, что их открытие может объяснить, почему диабетики лишены нормальной реакции на повреждение и страдают различными осложнениями от мельчайших порезов и царапин, а так же почему у пациентов с экземой наблюдается хроническое воспаление кожи, что нарушает ее защитную функцию.
«Недостаток этого белка, каспазы 8, не только вызывает воспаление, но, так же стимулирует производство стволовых клеток, что обеспечивает материал для закрытия раны. Это важно, так как на начальных стадиях ранения защитный барьер, обеспечивающийся кожей, сломлен, и ткани подвергаются атаке микроб и токсинов», говорит Колин Джамора (Colin Jamora), старший преподаватель биологии в UCSD, который возглавлял исследовательскую группу.
Открытие было сделано случайно, когда у Джамора, изучавшего тогда стволовые клетки - предшественники клеток кожи и волосяных луковиц, спросил коллега – Стив Хедрик (Steve Hedrick), профессор биологии в UCSD – не хочет ли тот протестировать мутантных мышей с необычной толстой кожей, которые были генетически сконструированы в его лаборатории. Группа Хедрика выключила ген, необходимый для производства каспазы 8, в клетках эпидермиса.
Кожа является самым большим органом человеческого тела. Средний взрослый человек, согласно Джамора, имеет около 3 килограммов кожи, что составляет примерно 6,5 кв.м. Более того, наша кожа постоянно обновляется, т.к. ее клетки имеют короткое время жизни и генетически запрограммированы на смерть.
По словам Джамора, изначально он подозревал, что причиной необычно толстой кожи у мутантных мышей с отсутствием каспазы 8 в эпидермисе явилось вмешательство в «программу смерти» клеток кожи, что привело к накоплению клеток, которые в другом случае уже были бы мертвы. В результате, эпидермальный слой мутантных мышей был в 5 раз больше, чем у нормальных, что являлось причиной инфекций, дегидратации и других проблем. Средняя продолжительность жизни таких мышей составляет только 15 дней.
«Но на самом деле клетки кожи жили не дольше, а недостаток каспазы 8 стимулировал большее количество клеток к делению, что было неожиданностью», говорит Джамора. «При более пристальном рассмотрении, мы так же обнаружили развитие воспаления в коже данных мышей. Эти два факта позволили нам заподозрить, что потеря каспазы 8 приводит к запуску ранозаживляющего ответа в отсутствии травмы».
У животных имеется 3 этапа заживления ран: воспаление, при котором в область раны доставляются клетки, борющиеся с заболеваниями; пролиферация, при которой стволовые клетки начинают производить больше клеток кожи для заполнения раны; и ремоделирование, в процессе которого кожа, по-возможности, сглаживается до нормального состояния.
Так как каспаза 8 находится в клетках на поверхности эпидермиса, это создавало загадку для Джамора, который знал, что стволовые клетки, ответственные за фазу пролиферации, находятся глубже в ткани, а клетки, борющиеся с инфекцией, ответственные за воспалительную фазу, находятся в кровяных сосудах, что еще глубже.
«Вопрос заключался в том, как белок в клетках на поверхности кожи служил сигналом пролиферации стволовых клеток, находящихся гораздо глубже, а так же как он переправлял клетки, циркулирующие в кровяном русле, в область повреждения?», говорит Джамора. Мы открыли, что потеря каспазы 8 в эпидермисе приводит к выделению клетками белка интерлейкина-1α, который проникает глубоко в ткань, призывает иммунные клетки и является причиной пролиферации стволовых клеток. Интерлейкин-1α хорошо был известен как стимулятор воспалительного ответа, но впервые было показано, что недостаток каспазы 8 приводит к выделению этого белка.
Группа UCSD исследователей участвовавших в данном исследовании включает членов лаборатории Джамора – Педро Ли (Pedro Lee), Дай-Жен Ли (Dai-Jen Lee), Керол Чан (Carol Chan), и Ши-Вей Чен (Shih-Wei Chen) – при сотрудничестве Ирен Чьен (Irene Ch'en) из лаборатории Стивена Хедрика.
Джамора и его коллеги сейчас изучают лабораторных мышей с моделью человеческого диабета, которые производят избыточное количество каспазы 8, для того чтобы выяснить восстановит ли способность заживления ран искусственное уменьшение производства каспазы 8.
«Мы так же используем мышей с отключенной каспазой 8 в качестве модельной системы для изучения экземы, чтобы идентифицировать всех участников, ответственных за данное заболевание, и с помощью этого выявить новые терапевтические мишени для атаки этой болезни, которая поражает от 10 до 20 процентов детей во всем мире», говорит Джамора.
«Число случаев экземы и диабета с осложнениями, связанными с невозможностью заживления ран, постоянно растет, и мы надеемся, что наши нынешние попытки понять регуляцию и функции каспазы 8 внесут вклад в облегчение боли и страданий миллионов людей от этих заболеваний».
Исследование было поддержано грантами Национальных Институтов Здоровья, Американской Ассоциацией Кожи и Дерматологическим фондом.
Источники:
- Pedro Lee, Dai-Jen Lee, Carol Chan, Shih-Wei Chen, Irene Ch'en & Colin Jamora. Dynamic expression of epidermal caspase 8 simulates a wound healing response. Nature, 2009; DOI: 10.1038/nature07687