Eine Studie von Forschern der NYU Grossman School of Medicine zeigt, dass Melanozyten-Stammzellen (McSCs) für die Aufrechterhaltung der Haarfarbe unerlässlich sind, aber mit zunehmendem Alter ihre Fähigkeit verlieren, sich zwischen Wachstumskompartimenten in Haarfollikeln zu bewegen. Dieser Mobilitätsverlust führt zum Ergrauen der Haare. McSCs sind plastisch, was bedeutet, dass sie innerhalb der Haarfollikel ständig zwischen Reifestadien und Kompartimenten wechseln. Wenn das Haar jedoch altert und immer wieder nachwächst, bleiben mehr McSCs in der Ausbuchtung der Haarfollikel stecken und können nicht zu pigmentproduzierenden Zellen heranreifen. Die Forscher glauben, dass die Wiederherstellung der Beweglichkeit von McSCs oder deren Rückführung in ihr Keimkompartiment möglicherweise das Ergrauen der Haare beim Menschen rückgängig machen oder verhindern könnte.
Eine Studie von Forschern der NYU Grossman School of Medicine ergab, dass Melanozyten-Stammzellen (McSCs) mit zunehmendem Alter ihre Fähigkeit verlieren, sich zwischen Haarfollikelkompartimenten zu bewegen, was zu grauem Haar führt. Die Wiederherstellung der McSC-Motilität oder die Rückführung in ihr Keimkompartiment könnte möglicherweise das Ergrauen der Haare beim Menschen rückgängig machen oder verhindern.
Bestimmte Stammzellen haben eine einzigartige Fähigkeit, sich zwischen Wachstumskompartimenten in Haarfollikeln zu bewegen, bleiben jedoch mit zunehmendem Alter stecken und verlieren so ihre Fähigkeit, zu reifen und die Haarfarbe zu erhalten, wie eine neue Studie zeigt.
Unter der Leitung von Forschern der NYU Grossman School of Medicine konzentrierte sich die neue Arbeit auf Zellen in der Haut von Mäusen, die auch beim Menschen gefunden wurden, sogenannte Melanozyten-Stammzellen oder McSCs. Die Haarfarbe wird dadurch gesteuert, ob nicht funktionsfähige, aber sich kontinuierlich vermehrende Pools von McSCs innerhalb der Haarfollikel das Signal erhalten, zu reifen Zellen zu werden, die die für die Farbe verantwortlichen Proteinpigmente bilden.
Veröffentlichung in der Zeitschrift Natur Am 19. April zeigte die neue Studie, dass McSCs bemerkenswert plastisch sind. Dies bedeutet, dass sich solche Zellen während des normalen Haarwachstums kontinuierlich auf der Reifeachse hin und her bewegen, während sie zwischen den Kompartimenten des sich entwickelnden Haarfollikels hin- und herwechseln. In diesen Kompartimenten sind McSCs unterschiedlichen Ebenen von reifungsbeeinflussenden Proteinsignalen ausgesetzt.
Insbesondere fand das Forschungsteam heraus, dass sich McSCs zwischen ihrem primitivsten Stammzellzustand und der nächsten Phase ihrer Reifung, dem transitamplifizierenden Zustand, und abhängig von ihrem Standort verändern.
Haarfärbende Stammzellen (links in rosa) müssen sich im Haarkeimkompartiment befinden, um (rechts) aktiviert zu werden und sich zu Pigmenten zu entwickeln. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Springer-Nature Publishing oder der Zeitschrift Nature
Die Forscher fanden heraus, dass, wenn das Haar altert, ausfällt und dann wiederholt nachwächst, eine zunehmende Anzahl von McSCs in dem Stammzellkompartiment stecken bleibt, das als Haarfollikelwulst bezeichnet wird. Dort bleiben sie, reifen nicht in den transitamplifizierenden Zustand und wandern nicht an ihren ursprünglichen Ort im Keimkompartiment zurück, wo WNT-Proteine sie zur Regeneration zu Pigmentzellen angestoßen hätten.
„Unsere Studie trägt zu unserem grundlegenden Verständnis darüber bei, wie Melanozyten-Stammzellen zum Färben von Haaren wirken“, sagte Studienleiter Qi Sun, PhD, Postdoktorand an der NYU Langone Health. „Die neu entdeckten Mechanismen erhöhen die Möglichkeit, dass die gleiche feste Positionierung von Melanozyten-Stammzellen beim Menschen existieren könnte. Wenn dies der Fall ist, stellt es einen potenziellen Weg dar, um das Ergrauen menschlicher Haare umzukehren oder zu verhindern, indem es eingeklemmten Zellen hilft, sich wieder zwischen sich entwickelnden Haarfollikelkompartimenten zu bewegen.“
Forscher sagen, dass McSC-Plastizität in anderen selbstregenerierenden Stammzellen nicht vorhanden ist, wie z. B. denjenigen, aus denen die Haarfollikel selbst bestehen, von denen bekannt ist, dass sie sich während ihrer Reifung nur in eine Richtung entlang einer festgelegten Zeitachse bewegen. Zum Beispiel kehren Transit-amplifizierende Haarfollikelzellen nie in ihren ursprünglichen Stammzellzustand zurück. Dies erklärt teilweise, warum Haare weiter wachsen können, selbst wenn ihre Pigmentierung versagt, sagt Sun.
Frühere Arbeiten des gleichen Forschungsteams an der NYU zeigten, dass die WNT-Signalgebung erforderlich war, um die McSCs zur Reifung und Pigmentproduktion zu stimulieren. Diese Studie hatte auch gezeigt, dass McSCs im Haarfollikelwulst viele Billionen Mal weniger WNT-Signalen ausgesetzt waren als im Haarkeimkompartiment, das sich direkt unter dem Wulst befindet.
In den neuesten Experimenten an Mäusen, deren Haare durch Zupfen und erzwungenes Nachwachsen physisch gealtert wurden, stieg die Anzahl der Haarfollikel mit McSCs in der Follikelwölbung von 15 % vor dem Zupfen auf fast die Hälfte nach erzwungener Alterung. Diese Zellen blieben unfähig, sich zu regenerieren oder zu pigmentproduzierenden Melanozyten zu reifen.
Die Forscher fanden heraus, dass die festsitzenden McSCs ihr regeneratives Verhalten einstellten, da sie nicht mehr vielen WNT-Signalen ausgesetzt waren und daher ihre Fähigkeit, Pigmente in neuen Haarfollikeln zu produzieren, die weiter wuchsen.
Im Gegensatz dazu behielten andere McSCs, die sich zwischen Follikelwulst und Haarkeim hin und her bewegten, ihre Fähigkeit, sich als McSCs zu regenerieren, zu Melanozyten zu reifen und Pigmente zu produzieren, über den gesamten Studienzeitraum von zwei Jahren.
„Es ist der Verlust der Chamäleon-ähnlichen Funktion in Melanozyten-Stammzellen, der für das Ergrauen und den Verlust der Haarfarbe verantwortlich sein kann“, sagte Mayumi Ito, PhD, leitender Forscher der Studie, Professor an der Ronald O. Perelman-Abteilung für Dermatologie und der Abteilung für Zellbiologie an der NYU Langone Health.
„Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Beweglichkeit der Melanozyten-Stammzellen und die reversible Differenzierung der Schlüssel sind, um das Haar gesund und gefärbt zu halten“, sagte Ito, der auch Professor an der Abteilung für Zellbiologie der NYU Langone ist.
Ito sagt, das Team habe Pläne, Mittel zur Wiederherstellung der Beweglichkeit von McSCs zu untersuchen oder sie physisch zurück in ihre Keimkammer zu bringen, wo sie Pigmente produzieren können.
Für die Studie verwendeten die Forscher aktuelle 3D-Intravital-Imaging- und scRNA-seq-Techniken, um Zellen nahezu in Echtzeit zu verfolgen, während sie alterten und sich in jedem Haarfollikel bewegten.
Referenz: „Dedifferenzierung erhält Melanozytenstammzellen in einer dynamischen Nische“ von Qi Sun, Wendy Lee, Hai Hu, Tatsuya Ogawa, Sophie De Leon, Ioanna Katehis, Chae Ho Lim, Makoto Takeo, Michael Cammer, M. Mark Taketo, Denise L Gay, Sarah E. Millar und Mayumi Ito, 19. April 2023, Natur.
DOI: 10.1038/s41586-023-05960-6
Die Finanzierung der Studie wurde durch die Stipendien P30CA016087, S10OD021747, R01AR059768, R01AR074995 und U54CA263001 der National Institutes of Health bereitgestellt; und Zuschüsse des Verteidigungsministeriums W81XWH2110435 und W81XWH2110510.
Neben Sun und Ito sind weitere an dieser Studie beteiligte Forscher der NYU Langone die Mitforscher Wendy Lee, Hai Hu, Tatsuya Ogawa, Sophie De Leon, Ioanna Katehis, Chae Ho Lim, Makoto Takeo, Michael Cammer und Denise Gay. Weitere Mitforscher der Studie sind M. Mark Taketo von der Universität Kyoto in Japan und Sarah Millar von der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York City.