Identyfikacja niszy kontrolującej różnicowanie melanocytów

słowa kluczowe

• czynnik komórek macierzystych (SCF)
• pigmentacja włosów
• komórka progenitorowa trzonu włosa
• komórka macierzysta mieszków włosowych
• macierz włosów
• KROX20

melanocyty są komórkami produkującymi pigment, które chronią naskórek skóry przed uszkodzeniem UV i nadają kolor włosom., Aby to zrobić, melanocyty wytwarzają melaninę, pigment, który ma podwójną funkcję: pochłania światło UV, a tym samym chroni przed uszkodzeniem DNA wywołanym promieniowaniem UV i działa jako przeciwutleniacz przeciwko genotoksycznym reaktywnym formom tlenu (Ros) (Natarajan et al. 2014). Melanina jest wytwarzana w szczególności endosomalnych organellach zwanych melanosomami, które po dojrzeniu są przenoszone do pobliskich keratynocytów naskórka, indukując pigmentację skóry i włosów (Mort et al. 2015)., Pigmentacja włosów jest spowodowana działaniem melanocytów przebywających w matrycy włosa, przenoszących melanosomy do komórek progenitorowych trzonu włosa, które z kolei terminalnie różnicują się, tworząc wysoce keratynizowaną i pigmentowaną strukturę włosów. Mieszki włosowe (HFS) zmieniają cykle wzrostu i degeneracji przez całe życie zwierzęcia (Blanpain and Fuchs 2009). W naskórku myszy, zróżnicowane melanocyty HFS express C-Kit, receptor kinazy tyrozynowej dla czynnika komórek macierzystych (SCF) cytokiny (Mort et al. 2015)., Poprzednie badania zidentyfikowały dwie odrębne populacje melanocytów na podstawie ekspresji c-Kit: C-Kit+ melanocyty zlokalizowane w matrycy włosa i C-Kit− melanocyty zlokalizowane wokół obszaru wybrzuszenia, lokalizacji Hf i komórek macierzystych melanocytów (Nishimura et al. 2002; Blanpain i Fuchs 2009). Utrzymanie melanocytów HF zależy od C− Kit-unpigmented komórek macierzystych melanocytów rezydujących w wybrzuszeniu HF (Nishimura et al. 2002). Specyficzne sygnały aktywują komórki macierzyste melanocytów, aby migrować do matrycy włosów i różnicować się w komórki produkujące melaninę., Wśród najlepiej scharakteryzowanych szlaków sygnałowych kontrolujących funkcje melanocytów, sygnalizacja SCF / C-Kit aktywuje proliferację prekursorów melanocytów, migrację i różnicowanie w komórki produkujące pigment (Botchkareva et al. 2001). Myszy z inaktywującą mutacją w c-Kit wykazały wady koloru włosów (Reith et al. 1990), a przeciwciała monoklonalne blokujące c-Kit blokują pigmentację włosów przez co najmniej jeden cykl włosów (Nishikawa et al. 1991; Botchkareva et al. 2001; Yoshida et al. 2001; Nishimura et al., 2002), wspierając znaczenie szlaku sygnałowego SCF / C-Kit dla proliferacji melanocytów, różnicowania i pigmentacji trzonu włosów.

pomimo dobrze scharakteryzowanej funkcji szlaku sygnałowego SCF / c-Kit w regulacji różnicowania melanocytów, źródło komórkowe SCF i nisza biorąca udział w różnicowaniu melanocytów i pigmentacji włosów pozostają nieuchwytne. W tym numerze genów& rozwój, Liao i in., (2017) zgłoś identyfikację potomstwa progenitorów trzonu włosa wyrażających czynnik transkrypcyjny Krox20 jako źródło Scf wymaganego do różnicowania melanocytów i tworzenia niszy wymaganej do pigmentacji włosów (rys. 1).

wyświetl większą wersję:

• w tym oknie
• w nowym oknie

• Pobierz jako slajd PowerPoint

Rysunek 1.

nisza na pigmentację mieszków włosowych., Podczas dojrzewania melanocytów prekursory melanocytów migrują z ich wybrzuszonej niszy komórek macierzystych do komory matrycy włosa. W matrycy prekursory trzonu włosa (w kolorze zielonym) generują niszę dla różnicowania melanocytów poprzez wytwarzanie SCF (w Kolorze Niebieskim). Prekursory melanocytów (w Kolorze Żółtym) są aktywowane przez SCF i różnicują się w górnej komorze macierzy włosowej, wyznaczonej linią Aubera. Zróżnicowane melanocyty (na Żółto z Czerwonym obrysem) przenoszą swoje melanosomy do pigmentowania prekursorów trzonu włosa (na Zielono)., Podczas otrzymywania melaniny, pigmentowane prekursory trzonu włosów (w kolorze brązowym) różnicują się, tworząc pigmentowany trzon włosów. Zaburzając produkcję SCF w prekursorach trzonu włosa, badacze wykazali blokadę różnicowania melanocytów w matrycy, co skutkowało brakiem pigmentacji trzonu włosa.

, (2017) odkrył, że warunkowy nokaut (cko) Scf (Scf fl/GFP) w liniach komórkowych pochodnych Krox20 przy użyciu konstytutywnie wyrażonej rekombinazy CRE pod kontrolą promotora Krox20 (Krox20CRE) powoduje przedwczesne siwienie włosów po urodzeniu, począwszy od ∼2 mo. Jak Krox20 wyraża się w różnych linii w skórze, w tym komórek Schwanna i keratynocytów HF (Gambardella et al. 2000), badacze używali różnych kremów do usuwania Scf niezależnie w tych różnych liniach., Usunięcie Scf w komórkach Schwanna lub melanocytach nie ma wpływu na pigmentację włosów, wykluczając, że źródło SCF, które promuje pigmentację włosów, pochodzi z tych linii. Jednak delecja Scf za pomocą myszy K14Cre, która celuje we wszystkie keratynocyty we wczesnym stadium rozwoju naskórka, indukuje całkowitą utratę pigmentacji w pierwszej fali morfogenezy HF, popierając pogląd, że ekspresja Scf w keratynocytach jest wymagana do wywołania pigmentacji włosów w sposób niezakomórkowy-autonomiczny.,

aby uzyskać lepszy wgląd w to, które specyficzne subpopulacje komórek w naskórku skóry są odpowiedzialne za pigmentację włosów, badacze przeprowadzili dokładną analizę czasową śledzenia linii Krox20 przy użyciu myszy Krox20CRE / Rosa26-Lacz. Odkryli, że w dniu poporodowym 0 (P0)/P2, Krox20CRE oznacza górną część HF, odpowiadającą infundibulum, które łączy HF z naskórkiem międzykomórkowym., Później, podczas postnatalnego rozwoju wokół P12, Krox20CRE dodatkowo zaznacza zewnętrzne komórki osłonki korzenia (ORS) oraz komórki matrycy i precortex, które prowadzą do terminalnie zróżnicowanego trzonu włosa. Stosunkowo późna ekspresja Krox20 podczas pierwszej fali morfogenezy HF wyjaśnia rozbieżność w czasowym pojawieniu się fenotypu siwienia włosów u myszy K14cre Scf cKO, która rozpoczyna się w pierwszej fali powstawania włosów, podczas gdy początek fenotypu siwienia włosów pojawia się podczas drugiego cyklu włosowego u myszy Krox20CRE Scf cko.,

Korzystanie z myszy reporterskiej Scf-GFP w połączeniu z Krox20-Cre/Rosa26-Lacz (2017) przekonująco pokazał, że Scf jest wyrażany w komórkach trzonu włosa, a nie w komórkach ORS, silnie sugerując, że komórki trzonu włosa pochodzące z Krox20+są głównym źródłem Scf u dorosłych myszy i stanowią niszę dla pigmentacji włosów., Zgodnie z tym pojęciem, nadekspresja Scf za pomocą transgenicznych myszy K14-Scf—które wyrażały SCF związane z błoną we wszystkich komórkach wyrażających K14, obejmujących podstawowe keratynocyty z naskórka międzykomórkowego i wszystkie górne i dolne komórki ORS, ale nie matrycę włosa i komórki trzonu włosa-nie ratuje fenotypu siwienia włosów u myszy K14cre i Krox20CRE Scf cko.

aby określić, czy delecja Scf upośledza utrzymanie, migrację lub różnicowanie melanocytów, Liao i wsp. (2017) zbadano obecność i różnicowanie melanocytów w HF przy braku Scf., DCT, marker melanocytów, jest całkowicie nieobecny u myszy k14cre / Scf cKO i silnie zredukowany u myszy Krox20CRE / Scf cko w dolnej części HF, w tym matrycy włosa i trzonu włosa, wspierając zasadniczą rolę SCF w promowaniu ekspresji DCT w melanocytach. U myszy typu dzikiego C-Kit oznacza zarówno Dojrzałe (Górna matryca i trzon włosa), jak i niedojrzałe (dolna matryca) melanocyty., Co ciekawe, przy braku SCF we wszystkich liniach naskórkowych (K14CRE/Scf cKO), zróżnicowane C-Kit+ melanocyty były całkowicie nieobecne w zróżnicowanym przedziale melanocytów, podczas gdy niedojrzałe C-Kit+ prekursory melanocytów nie miały wpływu na brak Scf, wykazując, że Scf jest niezbędny do różnicowania końcowego melanocytów, ale nie ma istotnej roli w promowaniu przeżycia i migracji prekursorów melanocytów z ich wybrzuszenia niszy do przedziału wzmacniającego matrycę.,

podsumowując, badanie to dokładnie charakteryzuje niszę i źródło Scf wymagane do pigmentacji HF i pokazuje, że komórki trzonu włosa są głównym źródłem Scf wymaganym do różnicowania końcowego melanocytów., Przyszłe badania będą ważne, aby dalej scharakteryzować mechanizmy molekularne, które regulują utrzymanie komórek macierzystych melanocytów w ich niszy wybrzuszenia i sygnały, które aktywują te komórki w każdej rundzie cyklu włosów i regulują początkową migrację i ekspansję prekursorów melanocytów, zanim dotrą do nowo odkrytej niszy trzonu włosów, która promuje ich ostateczne dojrzewanie.

• © 2017 Zocco and Blanpain; Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press