Cum știe părul unde trebuie să crească? Noi experimente au elucidat misterul

Oamenii de știință au descoperit că modelele complicate ale foliculilor de păr la mamifere pot apărea dintr-un proces remarcabil de simplu care implică celule care urmează semnale chimice.

Descoperirile contestă o teorie de lungă durată și dezvăluie modul în care natura poate crea modele biologice complexe fără un plan detaliat.

Cu mult înainte de nașterea unui mamifer, pielea acestuia începe să stabilească locațiile precise în care părul va crește în cele din urmă. Acești foliculi de păr în curs de dezvoltare formează aranjamente geometrice complicate care diferă de la specie la specie. Dar ce determină unde apare fiecare folicul și cum creează corpul astfel de modele ordonate?

Cercetătorii de la Universitatea din Geneva (UNIGE) au identificat un proces surprinzător de simplu care poate ajuta la explicarea acestui mister biologic.

Studiind modul în care celulele se mișcă ca răspuns la semnalele chimice, echipa a dezvoltat un model care recreează cu succes formarea tiparelor foliculilor de păr la două specii de mamifere. Descoperirile lor, publicate în PNAS, sugerează că structurile biologice elaborate pot apărea în mod natural din interacțiunile de bază dintre celulele vecine.

Descoperirea ar putea ajuta la explicarea unui fenomen mult mai larg în natură. Părul, penele și majoritatea tipurilor de solzi încep ca structuri mici numite placode care apar în timpul dezvoltării embrionare. Oamenii de știință au petrecut zeci de ani investigând modul în care aceste structuri timpurii stabilesc aranjamentele distincte observate la diferite specii de animale.

Descoperirile contestă o teorie de lungă durată

Pentru șoarecii de laborator, explicația principală a fost în mod tradițional modelul de expansiune-inducție. Această teorie propune că atunci când apare o nouă placodă, eliberează o substanță chimică care împiedică dezvoltarea unor placode suplimentare prea aproape.

Pe măsură ce pielea embrionului crește și se întinde, unele zone se îndepărtează suficient de mult de placodele existente pentru a scăpa de influența substanței chimice. Noi placode se pot dezvolta apoi în acele spații, creând treptat un model mai complet pe piele.

Deși această explicație a fost acceptată pe scară largă, oamenii de știință nu au stabilit cum se poate explica diversitatea modelelor de foliculi găsite între specii.

Pentru a investiga o altă posibilitate, cercetătorii conduși de Athanasia Tzika, lector senior, și Michel Milinkovitch, profesor, din departamentul de Genetică și Evoluție de la Facultatea de științe a UNIGE, s-au concentrat pe un proces numit chemotaxie.

Chemotaxia apare atunci când celulele se mișcă ca răspuns la diferențele de concentrații chimice. Același proces de bază ajută la ghidarea celulelor albe din sânge către zonele de inflamație, permițând sistemului imunitar să răspundă acolo unde este necesar.

Un proces surprinzător de simplu

Cercetătorii au creat un model matematic care urmărește modul în care celulele mobile din derm interacționează cu un semnal chimic atrăgător, eliberat de epidermă, stratul exterior al pielii. Apoi au simulat creșterea pielii embrionare pentru a vedea dacă aceste interacțiuni ar putea produce apariția treptată a placodelor.

Modelul a recreat tiparele de dezvoltare observate la șoarecii de laborator, inclusiv aceeași secvență de formare a foliculilor. Acest lucru sugerează că un sistem complex de instrucțiuni poate să nu fie necesar pentru a determina unde se dezvoltă foliculii.

Echipa a investigat apoi dacă același mecanism ar putea explica aranjamentele foliculilor la un alt mamifer cu o structură de blană foarte diferită.

Ei au selectat șoarecele spinos, un rozător ale cărui foliculi de păr se dezvoltă într-un model neobișnuit de regulat. Această organizare distinctă nu poate fi explicată prin modelul tradițional de inducție a expansiunii, scrie Sciencedaily.

Rezultatele au arătat că același proces de bază al celulelor care răspund la semnalele chimice ar putea reproduce, de asemenea, modelul folicular foarte organizat al șoarecelui spinos. Diferențele dintre cele două specii ar putea fi explicate prin variații în interacțiunile lor celulare, proprietățile chimice și creșterea pielii, mai degrabă decât prin mecanisme complet diferite.

Aceste descoperiri sugerează că varietatea remarcabilă de structuri găsite în regnul animal poate apărea dintr-un set comun de reguli biologice relativ simple.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Foliculi de păr complet funcționali au fost cultivați în laborator pentru prima dată. La ce ar putea fi folosiți?

Cercetătorii au crescut, în premieră, foliculi de păr în laborator. Ce potențial are reușita?

Leacul pentru căderea părului, deja cunoscut din medicina chineză antică?

Ce este foliculita şi cum putem scăpa de ea