Ученые из лаборатории Элейн Фукс в Институте Рокфеллера в США выяснили, что сразу после получения травмы расположенные на краю раны стволовые клетки эпидермиса начинают испытывать кислородное голодание. Состояние гипоксии является сигналом тревоги для здоровья клеток, и в ответ вырабатывается интерлейкин-24 (IL-24), который сразу запускает процесс заживления. Новое исследование впервые выявило путь реакции на повреждение, который отличается от классического, запускаемого патогенами, но параллелен ему.

"IL-24 преимущественно вырабатывается стволовыми клетками эпидермиса края раны, но многие клетки кожи — эпителиальные клетки, фибробласты и эндотелиальные клетки — экспрессируют рецептор IL-24 и реагируют на сигнал. IL-24 становится координатором, который отвечает за восстановление тканей", — говорит Фукс, руководитель лаборатории биологии и развития клеток млекопитающих.

Ученые давно поняли, как реакции хозяина защищают наш организм от угроз, вызванных патогенами: соматические клетки распознают вторгшиеся бактерии или вирусы как чужеродные объекты и индуцируют ряд защитных механизмов с помощью сигнальных белков, таких как интерфероны типа 1.

Но как организм реагирует на травму, которая может быть связана с чужеродным захватчиком, а может и не быть? Если мы порежем палец, например, нарезая огурец, мы сразу это узнаем, увидев кровь и почувствовав боль. И все же то, как именно обнаружение травмы приводит к заживлению, на молекулярном уровне изучено плохо.

Независимое от микробов действие

В сотрудничестве с лабораторией Даниэля Муциды в Рокфеллере исследователи работали с мышами в стерильных условиях и обнаружили, что индуцированный раной сигнальный каскад IL-24 не зависит от микробов.

Но какие сигналы травмы вызывают этот каскад? Раны часто повреждают слои кожи, где располагаются капилляры и кровеносные сосуды. "Мы узнали, что эпидермальные стволовые клетки чувствуют гипоксическую среду раны", — говорит Юн Ха Хур, научный сотрудник лаборатории и соавтор статьи.

Когда кровеносные сосуды разрываются и образуется струп, эпидермальные стволовые клетки на краю раны испытывают кислородное голодание. Это состояние является сигналом тревоги для здоровья клеток и вызывает петлю обратной связи для усиления продукции IL-24 на краю раны. В результате различные типы клеток, экспрессирующих рецептор IL-24, начинают восстанавливать кожу путем замены поврежденных эпителиальных клеток, заживления поврежденных капилляров и создания фибробластов для новых клеток.

Сотрудничая с группой Крейга Томпсона в Мемориальном онкологическом центре имени Слоуна-Кеттеринга, исследователи показали, что они могут регулировать экспрессию гена IL-24, изменяя уровень кислорода.

После того как ученые точно определили происхождение пути восстановления тканей в эпидермальных стволовых клетках, они изучили процесс восстановления ран у мышей, которые были генетически модифицированы с отсутствием функциональности IL-24. Без этого ключевого белка процесс заживления был вялым и отсроченным: для полного восстановления кожи требовалось больше времени, чем у мышей без мутации.

Ученые предполагают, что IL-24 может быть вовлечен в реакцию на повреждение в других органах тела, имеющих эпителиальные слои, которые действуют как защитная оболочка. В недавних исследованиях повышенная активность IL-24 была обнаружена в эпителиальной ткани легких у пациентов с тяжелой формой COVID-19 и в ткани толстой кишки у пациентов с язвенным колитом, хроническим воспалительным заболеванием кишечника.

"IL-24 может работать как сигнал, сообщающий о необходимости восстановления во многих органах", — говорит Хур.

Исследование было опубликовано в журнале Cell.