Depilacja stymuluje proliferację McSC, prowadzi do regeneracji melanocytów naskórkowych i indukuje ekspresję genów związanych z melanogenezą. (A) H &E barwienie różnych etapów cyklu włosów na skórze głowy 1, 4 i 7 dni po depilacji. Myszy C57BL / 6 padały w P21, a histologię mieszków włosowych analizowano we wskazanych dniach., (B,C) immunostaining anty-MITF (B) I H&e barwienie (C)tylnych mieszków włosowych myszy kontrolnych w P28 i myszy z epilacją w P21. Strzałki wskazują komórki MITF+ (B) i granulki melaniny w cebulce włosa (C). Obrazy 3D immunostaining anty-MITF pokazano na ryc. / S10 D) Immunostaining anty-KIT i Ki67 w tylnych mieszkach włosowych myszy C57BL/6j 3 dni po depilacji. Należy pamiętać, że depilacja indukuje proliferację McSCs. Strzałki wskazują zestaw + komórki w wybrzuszeniu włosów., (E) anty-KIT immunostaining skóry pleców od myszy kontrolnych w P24 i myszy dopasowanych do wieku z epilacją w P21 (górne panele) I H&e barwienie skóry pleców (dolne panele) w 7 dniu po depilacji. Uwaga zestaw-dodatnie komórki w naskórku 3 dni po depilacji i pigmentowane melanocyty w naskórku 7 dni po depilacji. Strzałki wskazują komórkę KIT+ (górne panele) I komórkę pigmentowaną (dolne panele). F) wykresy pokazują liczbę komórek Kit+ (lewy panel) i pigmentowanych (prawy panel) w naskórku odpowiednio 3 dni i 7 dni po depilacji., DP, brodawka skórna; Epi, naskórek; Der, skóra właściwa; m, melanocyte; MG, granulki melaniny; SG, gruczoł łojowy; sHG, wtórny zarazek włosów. Bar, 50 µm. *Wskazuje p < 0.05, * * wskazuje p < 0.01.
w skórze pleców, 7 dni po depilacji przy P21, całkowita liczba melanocytów w każdej cebulce włosa (20 ± 1,9) była znacząco zwiększona w porównaniu z regeneracją fizjologiczną (15,7 ± 1,4) (rys. 2b)., Odpowiednio, było również więcej melanosomów w regenerowanych cebulkach włosów wywołanych depilacją niż w fizjologicznie regenerowanych cebulkach włosów (rys. 2C i Rys. S4C, D). Dane te sugerują, że depilacja wywołała hiperproliferację McSC podczas pierwszego postnatalnego cyklu włosów. Rzeczywiście, 3 dni po depilacji, wskaźnik proliferacji McSCs był wyższy (86,2 ± 3,5% komórek było ki67-dodatnich po depilacji w porównaniu do 45,6 ± 3,4% komórek dodatnich dla Ki67 w kontrolach) (rys. 2D)., Co ciekawe, komórki KIT-dodatnie nie znaleziono w naskórku, ale istniały w wybrzuszeniu włosów 1 dzień po depilacji i wyraźnie obecne w naskórku 3 dni po depilacji (rys. 2E i Rys. S5). Liczba komórek Kit+ w epilowanym naskórku (2,32 ± 0,72/sekcja, n = 4) jest znacznie zwiększona w porównaniu z fizjologicznym naskórkiem (0,77 ± 0,68/sekcja, n = 4) (rys. 2F). Odpowiednio, 7 dni po depilacji, komórki pigmentowane również znaleziono w naskórku (rys. 2E, F)., Ponadto, ilościowy RT-PCR 7 dni po depilacji ujawnił indukcję wielu genów związanych z melanogenezą, w tym Tyr (2,84 ± 1,13-krotnie ponad kontrolę, n = 3), Tyrp1 (3,89 ± 0,72-krotnie, N = 3), Mitf (3,47 ± 0,38-krotnie, n = 3), Sox10 (2,13 ± 1,13-krotnie, n = 3), Pax3 (3,18 ± 0,43-krotnie, n = 3) i ednrb (3,28 ± 0,62 razy, N = 3) (rys. S6A). Zebrane razem wyniki sugerują, że depilacja indukuje proliferację McSCs, migrację do naskórka i stymulację programu melanogenezy.,
Depilacja indukuje ekspresję EDN3 w mieszkach włosowych i naskórku
wśród genów wywołanych depilacją, EDNRB był szczególnie interesujący ze względu na jego dobrze znany udział w regulacji linii melanocytów1, 12. Ostatnio stwierdzono zwiększenie ekspresji ligandów Edn1 i Edn2 podczas fizjologicznego anagenu włosów, ale ekspresja ligandu Edn3 nie została naruszona12. Dlatego zastanawialiśmy się, czy depilacja tylnych włosków wywoła te ligandy., Potwierdzając powyższe wyniki, stwierdziliśmy, że podczas regeneracji fizjologicznej ekspresja Edn1 i Edn2 była zwiększona w skórze pleców przy P26, ale ekspresja Edn3 nie wykazała żadnych zmian (rys. 3A i Rys. S11). Co zaskakujące, depilacja nie tylko wywołała ekspresję Edn1 i Edn2, ale także edn3 (rys. 3A), u których wcześniej wykazano, że kodowany produkt, EDN3, bierze udział w rozwoju melanocytów1, 25, 26. Dlatego skupiliśmy się na EDN3 i jego ścieżce sygnałowej. Stwierdzono, że poziom białka EDN3 był znacznie zwiększony w skórze depilowanej (D0 ,0.,94 ± 0,2-krotnie; D3, 1,81 ± 0,09-krotnie; D5, 4,57 ± 0,67-krotnie; n = 6), ale pozostał niski w skórze kontrolnej (D0, 1,25 ± 0,47-krotnie; D3, 0,83 ± 0,14-krotnie; D5, 1,21 ± 0,2-krotnie; n = 6) (rys. 3B i Rys. S12). Immunohistochemia wykazała, że w dniu depilacji 1, białko EDN3 zostało zwiększone w brodawce skórnej, naskórku i wtórnym zarodku włosów. W dniu 7 zwiększono również otwory mieszków włosowych (rys. 3C). Regiony o wysokim poziomie edn3 wywołanym depilacją były w bliskim kontakcie z McSCs w wtórnym zarodku włosów (sHG) lub z melanocytami cebulki włosów., Używając dorosłych heterozygotycznych myszy Ednrb Lacz/+, odkryliśmy, że EDNRB jest wyrażany w pigmentowanych melanocytach cebulek włosowych i w sHG, podobnie jak ekspresja Dct-lacZ w mieszkach włosowych (rys. 3D). Ponadto, dane immunostaining wykazały, że komórki β-Gal dodatnie były oznaczone z KIT-dodatni komórek w sHG i z MITF-dodatni komórek w cebulce włosów (rys. 3E), co sugeruje, że EDNRB ulega ekspresji w McSCs i melanocytach., As expected, 7 days after epilation, western blot analysis and immunostaining data showed that Ednrb-lacZ expression is significantly increased in melanocytes (Figs S6B,C and S13). These results suggest that epilation induces EDN3, which then stimulates its receptor EDNRB to regulate McSCs and melanocytes.
Figure 3
Epilation induces expression of endothelin-3 (Edn3) in C57BL/6 J mice. (A) RT-PCR and qRT-PCR analysis for Edns expression changes in skin after epilation., Myszy padały w P21, a ekspresję genu analizowano we wskazanych dniach. Żele pełnowymiarowe pokazano na Rys. / S11 B) Western blotting analysis for protein expression of EDN3 in the skin. Żele pełnowymiarowe pokazano na Rys. / S12 C) Immunofluorescencja EDN3 na skórze głowy w 0, 1, 4 i 7 dni po depilacji. Strzałki wskazują komórki EDN3+ w mieszkach włosowych. (D) barwienie x-gal mieszków włosowych od myszy transgenicznych DCT – Lacz (górne panele) i myszy Ednrb Lacz/+ (dolne panele). Strzałki wskazują komórki lacZ+ w wybrzuszeniach i cebulkach włosów., E) Immunohistochemia β – Gal, KIT i MITF w pigmentowanych mieszkach włosowych od 7.dnia po urodzeniu myszy Ednrb Lacz/+. Strzałki wskazują KIT i β-gal co-znakowane komórki w wybrzuszeniu (górne panele) i MITF i β-gal co-znakowane komórki w cebulce włosów (dolne panele). Epi, naskórek; DP, brodawka skórna; sHG, wtórny zarodek włosów. Bar: 50 µm. ** Wskazuje p < 0.01.
EDN3 jest dobrze znany ze swojego wpływu na stymulację wzrostu i różnicowania prekursorów melanocytów 1, 25, 26., Ostatnio stwierdzono, że transgeniczna nadekspresja EDN3 zapobiega siwieniu włosów spowodowanemu wielokrotną epilacją27, co sugeruje, że EDN3 wpływa również na McSCs. Aby zbadać wpływ EDN3 na McSCs, wyizolowaliśmy komórki DCT+ z naskórka E16.5 wildtype i stymulowaliśmy je edn3 lub bq788 (inhibitorem EDNRB). Jak pokazano na Rys. S7A, stymulacja EDN3 znacząco zwiększa szybkość proliferacji komórek DCT+ (z 43,7 ± 2% do 61,4 ± 7,5%, n = 5), ale ten efekt EDN3 został całkowicie zablokowany przez BQ788 (26,4 ± 1,56%, n = 5)., Opierając się na faktach, że w przypadku komórek nieigmentowanych DCT jest specyficznym markerem McSCs i że w naskórku E16.54, 28 nie ma dojrzałych melanocytów, wynik sugeruje, że EDN3/EDNRB jest wymagany do proliferacji McSC.
Ednrb jest wymagany do pigmentacji włosów i skóry wywołanej depilacją
aby ocenić znaczenie sygnalizacji EDNRB dla hiperpigmentacji skóry wywołanej depilacją, użyliśmy homozygotycznych myszy Ednrb Lacz/ Lacz (Ednrb -/ -). Takie myszy są w dużej mierze wolne od komórek pigmentowych, ale zachowują plamy pigmentowe u podstawy głowy i ogona., Czternaście dni po depilacji w okolicy głowy, regenerujące się włosy były hiperpigmentowane u myszy typu wildtype (2,41 ± 0,55 razy, n = 5), ale nie u myszy Ednrb – / – (ryc. 4A, B). U myszy nieoczyszczonych ednrb−/− poziom melaniny w wałkach włosowych był niższy (0,51 ± 0,06-krotnie, n = 5) w porównaniu z myszami z grupy kontrolnej typu wildtype (1,02 ± 0,14-krotnie, N = 5) (ryc. 4B). Ponadto u myszy typu wildtype znacznie zwiększono przebarwienia skóry, ale tylko nieznacznie u myszy typu Ednrb- / – (rys. 4C). Poziom melaniny skóry wywołany depilacją był znacznie niższy u myszy Ednrb – / – (1,85 ± 0.,79-krotnie, n = 9) w porównaniu z myszami typu wildtype (5,1 ± 0,62-krotnie, n = 9). Wyniki te sugerują, że usunięcie Ednrb zakłóca wywołaną depilacją hiperpigmentację włosów i przebarwienia skóry. Ponadto utrata EDNRB jest związana z siwieniem włosów. Poziom melaniny w pigmentowanych włosach myszy Ednrb−/− zmniejszył się między jednym miesiącem życia (0,96 ± 0,1-krotnie, n = 4) i do 12 miesięcy życia (0,37 ± 0,12-krotnie, n = 4), w przeciwieństwie do ich poziomu w włosach myszy typu wildtype (1,96 ± 0,17-krotnie, n = 4 w jednym miesiącu; 2,15 ± 0,43-krotnie, n = 4 W 12 miesiącach) (ryc. S7B).,
Rysunek 4
genetyczne i farmakologiczne zaburzenia Ednrb blokują hiperpigmentację włosów i skóry wywołaną depilacją. A) pigmentacja włosów myszy Ednrb−/− przed i po depilacji przy P21. Strzałki wskazują na epilowane (prawe panele) i nieepilowane (lewe panele) pigmentowane włosy skóry głowy ednrb. B) histologiczny odcinek włosów (górne panele) i zawartość melaniny (dolne panele) wałków włosowych myszy wildtype i ednrb−/− przed i po depilacji., Strzałki wskazują zmniejszenie melaniny w trzonie włosa myszy Ednrb -/ -. C) pigmentacja skóry głowy P28 myszy wildtype i Ednrb−/− po depilacji przy P21. Strzałki wskazują na epilowany obszar wildtype (górne panele) i ednrb−/− mice (dolne panele). (D, E) Skóra pleców myszy P26 z epilacją P21 i wstrzyknięciem wewnątrzmacicznym fizjologicznej soli fizjologicznej (górne panele) lub BQ788 (dolne panele) w dniach wskazanych przez strzałki pionowe (D). Białe strzałki wskazują kolor skóry obszarów depilowanych i przyciętych. (E) wykres pokazuje względny poziom melaniny w skórze pleców., Należy pamiętać, że w dniu 5 po depilacji wzdłuż czerwonej kropkowanej linii, przycinanie wzdłuż białej kropkowanej linii pokazuje otaczające włosy jako kontrolę fizjologicznej regeneracji pigmentacji mieszków włosowych. id, wstrzyknięcie śródskórne. *wskazuje p < 0.05; * * wskazuje p < 0.01.
aby sprawdzić, czy sygnalizacja EDNRB jest wymagana do wywołanej depilacją hiperpigmentacji skóry pleców, wykonaliśmy śródskórne wstrzyknięcie BQ788, po depilacji myszami wildtype. Jak pokazano na Rys., 4D, podczas gdy kontrolna śródskórna iniekcja NaCl po depilacji pozwoliła na przebarwienia skóry (od 0,23 ± 0,06-krotnie do 1,0 ± 0,15-krotnie, n = 3), wstrzyknięcie BQ788 znacząco zmniejszyło pigmentację skóry wywołaną depilacją (0,76 ± 0,1-krotnie, n = 3). To odkrycie sugeruje, że farmakologiczne zakłócenie EDNRB może blokować hiperpigmentację skóry wywołaną depilacją w skórze pleców. Zebrane dane sugerują, że sygnalizacja EDNRB jest wymagana w przypadku hiperpigmentacji wywołanej depilacją.,
EDNRB wpływa na proliferację McSC w mieszkach włosowych i reguluje ekspresję genów związanych z melanogenezą
aby zbadać, w jaki sposób brak Ednrb zmniejsza pigmentację skóry, histologicznie przeanalizowaliśmy pigmentację mieszków włosowych na skórze głowy (która, jak wspomniano, pozostaje pigmentowana u myszy Ednrb- / − w przeciwieństwie do pleców). Jak pokazano na Rys., 5A, w dniu 5 po depilacji, cebulki włosów i wałki włosów myszy Ednrb−/− były zwykle obecne w skórze głowy, ale były hipopigmentowane w porównaniu z myszami wildtype, co sugeruje, że utrata EDNRB nie wpływa na cykl włosów, ale zmniejsza liczbę melanocytów lub syntezę melaniny w żarówce. Rzeczywiście, 7 dni po depilacji, liczba melanosomów myszy Ednrb−/− była znacznie niższa niż myszy typu wildtype (rys. 5b)., Ponadto markery specyficzne dla melanocytów, takie jak PMEL17 i TYR, nie mogły zostać wykryte w skórze właściwej, otworach mieszków włosowych lub międzywęźlikowym naskórku myszy Ednrb−/− 5 dni po depilacji, nawet jeśli były obecne w niskim poziomie cebulek włosów (rys. S7C). Ponadto zestaw markerów McSC i pigmentowane melanocyty pozostały niewykrywalne nawet 7 dni po depilacji (rys. 5C i Rys. S7D). Wyniki te sugerują, że EDNRB jest wymagany do wywołanej epilacją regeneracji melanocytów naskórka.,
Rysunek 5
utrata EDNRB blokuje migrację McSC do naskórka, zmniejsza proliferację melanocytów w cebulce włosa i zmniejsza ekspresję niektórych genów związanych z melanogenezą. A) Histologia mieszków włosowych skóry głowy od myszy wildtype i ednrb−/− 5 dni po depilacji. Strzałki wskazują granulki melaniny w cebulce włosów i pigmentowanej cebulce włosów. B) Melanosomy myszy wildtype i ednrb−/− w cebulkach włosów 7 dni po depilacji ujawnione przez transmisyjną mikroskopię elektronową (tem)., Strzałki wskazują melanosom. C) anty-KIT immunostaining skóry głowy od wildtype i Ednrb−/− myszy 3 dni po depilacji. Uwaga brak komórek KIT-dodatnich w Ednrb – / – naskórku 3 dni po depilacji. D) immunostaining anty-KIT i Ki67 mieszków włosowych myszy wildtype i Ednrb−/− 3 dni po depilacji (górne panele) oraz ilościowy Wykres proliferacji melanocytów w cebulce włosowej (dolny panel). E) obrazy pierwotnych kultur melanocytów z myszy wildtype i ednrb−/ – oraz F) odpowiadające im granulki komórkowe (górny panel) i zawartość melaniny (dolny panel)., Strzałki wskazują na granulkę komórkową. G) analiza QRT-PCR pod kątem ekspresji genów związanych z melanogenezą w skórze głowy myszy wildtype i ednrb−/− 7 dni po depilacji. Epi, naskórek; HS, wałek włosowy. Bar, 50 µm. *Wskazuje p < 0.05; * * wskazuje p < 0.01.
aby przeanalizować, w jaki sposób utrata EDNRB zmniejsza poziom melaniny w cebulkach włosów, następnie obliczyliśmy liczbę melanocytów w każdej cebulce włosów myszy wildtype i ednrb− / − 7 dni po depilacji., Liczba komórek MITF-dodatnich po depilacji była mniejsza w każdym mieszku włosowym myszy Ednrb−/− (11,7 ± 2,2) w porównaniu do mieszków włosowych myszy typu wildtype (15,7 ± 1,43) (ryc. S7D). Wynik ten sugerował, że utrata EDNRB może blokować indukowaną epilacją proliferację komórek linii melanocytów. Ostatnio Takeo et al. stwierdzono, że podczas fizjologicznej regeneracji włosów sygnalizacja EDNRB jest również wymagana do proliferacji i konserwacji Mcscs29. Niemniej jednak nadal nie wiadomo, czy EDNRB wpływa na proliferację McSC wywołaną epilacją., Ponieważ EDN3 jest wyrażany w brodawce skórnej w pobliżu dojrzałych melanocytów w cebulce włosa, przetestowaliśmy, czy sygnalizacja EDN3/EDNRB wpływa na proliferację McSC w wybrzuszeniu lub stymuluje syntezę melaniny w melanocytach pęcherzykowych. W skórze głowy, anty-KIT i dane immunostaining ki67 wykazały, że 3 dni po depilacji proliferacja McSC w każdym wybrzuszeniu włosów myszy Ednrb−/− (52 ± 5,2%) była mniejsza niż w odpowiednich wybrzuszeniach myszy typu wildtype (86,2 ± 3,5%) (ryc. 5D). Sugeruje to, że EDNRB jest również wymagany do wywołanej epilacją proliferacji McSC w wybrzuszeniu włosów.,
aby uzyskać dalsze wgląd w podstawowe mechanizmy, wyizolowaliśmy melanocyty do hodowli in vitro. Jak pokazano na Rys. 5E, pigmentacja pierwotnych melanocytów Ednrb – / – z pigmentowanych mieszków włosowych głowy myszy P6 Ednrb−/ – była niższa (0,47 ± 0,1-krotnie, n = 5) niż w przypadku pierwotnych melanocytów typu wildtype (1,0 ± 0,1-krotnie, n = 5). Podobne wyniki uzyskano w granulkach komórkowych lub w przypadku bezpośredniego pomiaru zawartości melaniny (rys. 5F). Następnie przeanalizowaliśmy, czy sygnalizacja EDNRB wpłynie na ekspresję genów związanych z melanogenezą. Jak pokazano na Rys., W 7. dniu po depilacji stwierdzono zmniejszenie ekspresji genów związanych z melanogenezą w Ednrb – / – skórze głowy, w tym ekspresji Pax3 (0,47 ± 0,07-krotnie, n = 3), Tyr (0,55 ± 0,05-krotnie, n = 3) i Tyrp1 (0,5 ± 0,02-krotnie, n = 3). Sugeruje to, że sygnalizacja EDN3 / EDNRB bierze udział zarówno w proliferacji melanocytów, jak i w melanogenezie podczas indukowanych epilacją reakcji regeneracyjnych McSCs. Zebrane razem wyniki wskazują, że depilacja indukuje ekspresję genów związanych z melanogenezą poprzez sygnalizację EDN3 / EDNRB, co z kolei prowadzi do hiperpigmentacji skóry i włosów.