Mänsklig hud är ett anmärkningsvärt organ som fungerar som en barriär som skyddar oss från patogener, giftiga ämnen och andra. Vår hud behöver ständigt förnyas under hela vår livstid samt ändra sin storlek för att passa perfekt och täcka kroppen. För att uppfylla ett så komplext och dynamiskt beteende har varje cell i huden en specifik uppgift beroende på dess position. Forskare från Max Planck Institute for Biology of Aging i Köln har nu visat att celltäthet och trängsel spelar en avgörande roll för att instruera enskilda stamcells ödesbeslut och rörelse av differentierande celler uppåt i vävnaden. Detta säkerställer att alla celltyper är korrekt placerade i vävnaden.

Vuxen hud epidermis är byggd av olika lager. Stamceller finns i bottenlagret där deras uppgift är att producera nya celler som sedan differentieras och rör sig uppåt i det mer specialiserade övre skiktet. Denna differentieringsprocess innebär permanenta förändringar i cellegenskaperna för att bäst passa för att tjäna hudens barriärfunktion. Huden måste upprätthålla ett balanserat antal stam- och differentierade celler eftersom förlust av korrekt balans skulle resultera i avvikande vävnadsstruktur och därför fungera. Hur denna invecklade balans upprätthålls förblev i stort sett okänd tills nyligen.

"I början av vår studie frågade vi oss själva hur hudcellerna vet var de är och vad de ska göra", förklarar Jekaterina Miroshnikova, huvudförfattare till studien och postdoktor i Sara Wickströms laboratorium vid Max Planck Institute for Biology of Aging. Forskarna analyserade embryonala musvävnader och odlade stamceller och hittade en elegant mekanism baserad på mekanisk vägledning.

Lokal stress som orsakas av trängsel leder till differentiering

"Vi observerade att delning av stamceller inducerade en lokal trängningseffekt till stamcellskiktet som deformerade cellerna i närheten av denna händelse. Intressant nog, denna komprimering och deformation utlöste differentieringen av den närliggande cellen ", förklarar Miroshnikova. De trånga och klämda cellerna ändrar sina egenskaper, vilket leder till deras "flykt" från den lokala påfrestningen i bottenlagret och rörelsen uppåt. "Det faktum att cellerna känner vad deras grannar gör och gör precis motsatsen ger ett mycket effektivt och enkelt sätt att behålla vävnadsstorlek, arkitektur och funktion ", säger Miroshnikova.

Dessa resultat visar för första gången hur en komplex vävnad som den mänskliga huden kan generera och behålla sin struktur genom mycket enkla principer för självorganisation. I framtiden, gruppen kommer att fortsätta använda en kombination av beräkningsmodellering och cellbiologi för att avslöja hur genetiska mutationer som uppstår under cancer riktar stamcellspridning och mekanik för att försämra denna process.