Warum wird Haar grau? Forschungen enthüllen Rolle von "feststeckenden" Stammzellen

Eine Studie von Forschern der NYU Grossman School of Medicine zeigt, dass Melanozyten-Stammzellen (McSCs) für die Aufrechterhaltung der Haarfarbe unerlässlich sind, mit zunehmendem Alter jedoch ihre Fähigkeit verlieren, sich zwischen Wachstumskompartimenten in Haarfollikeln zu bewegen. Dieser Verlust der Beweglichkeit 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 immer mehr McSCs in der Haarfollikelwölbung stecken und können nicht zu pigmentproduzierenden Zellen heranreifen. Forscher gehen davon aus, dass die Wiederherstellung der Beweglichkeit von McSCs oder ihre Rückführung in ihren Keimraum möglicherweise das Ergrauen der Haare beim Menschen umkehren 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 den Haarfollikelkompartimenten zu bewegen, was zu einem Ergrauen der Haare führt. Die Wiederherstellung der Motilität der McSC oder ihre Rückführung in ihren Keimraum könnte möglicherweise das Ergrauen der Haare beim Menschen umkehren oder verhindern.

Bestimmte Stammzellen haben die 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 beizubehalten, 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 und auch beim Menschen, sogenannte Melanozyten-Stammzellen oder McSCs. Die Haarfarbe wird dadurch gesteuert, ob nicht funktionsfähige, aber sich ständig vermehrende Pools von McSCs in den Haarfollikeln das Signal erhalten, sich zu reifen Zellen zu entwickeln, die die Proteinpigmente für die Farbe verantwortlich machen.

Die am 19. April in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte neue Studie zeigte, dass McSCs bemerkenswert plastisch sind. Das 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 wandern. In diesen Kompartimenten sind McSCs verschiedenen Reifegrad-beeinflussenden Proteinsignalen ausgesetzt.

Konkret fand das Forschungsteam heraus, dass McSCs je nach Standort zwischen ihrem primitivsten Stammzellzustand und der nächsten Stufe ihrer Reifung, dem transitverstärkenden Zustand, wechseln.

Haarfärbende Stammzellen (links, in Rosa) müssen sich im Haarkeimraum befinden, um aktiviert zu werden (rechts), um sich zu Pigmenten zu entwickeln. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Springer-Nature Publishing oder der Zeitschrift Nature

Die Forscher fanden heraus, dass mit zunehmendem Alter der Haare, Haarausfall und wiederholtem Nachwachsen immer mehr McSCs in der Stammzellkammer stecken bleiben, die als Haarfollikelwölbung bezeichnet wird. Dort verbleiben sie, reifen nicht in den transitverstärkenden Zustand und wandern nicht zu ihrem ursprünglichen Ort im Keimkompartiment zurück, wo WNT-Proteine sie dazu veranlasst hätten, sich zu Pigmentzellen zu regenerieren.

„Unsere Studie trägt zu unserem grundlegenden Verständnis darüber bei, wie Melanozyten-Stammzellen beim Färben von Haaren funktionieren“, sagte Studienleiter Qi Sun, PhD, Postdoktorand an der NYU Langone Health. „Die neu entdeckten Mechanismen lassen vermuten, dass die gleiche feste Positionierung von Melanozyten-Stammzellen auch beim Menschen existiert. Wenn ja, stellt es einen potenziellen Weg dar, das Ergrauen menschlicher Haare umzukehren oder zu verhindern, indem es blockierten Zellen hilft, sich wieder zwischen den sich entwickelnden Haarfollikelkompartimenten zu bewegen.“

Forscher sagen, dass die McSC-Plastizität in anderen sich selbst regenerierenden Stammzellen nicht vorhanden ist, beispielsweise denen, aus denen der Haarfollikel selbst besteht, von denen bekannt ist, dass sie sich während ihrer Reifung entlang einer festgelegten Zeitlinie nur in eine Richtung bewegen. Transitverstärkende Haarfollikelzellen kehren beispielsweise nie in ihren ursprünglichen Stammzellzustand zurück. Dies erklärt zum Teil, warum Haare auch dann weiter wachsen können, wenn ihre Pigmentierung nachlässt, sagt Sun.

Frühere Arbeiten desselben Forschungsteams an der NYU zeigten, dass WNT-Signale erforderlich sind, um die McSCs zur Reifung und Produktion von Pigmenten anzuregen. Diese Studie hatte auch gezeigt, dass McSCs den WNT-Signalen in der Haarfollikelausbuchtung viele Billionen Mal weniger ausgesetzt waren als im Haarkeimkompartiment, das sich direkt unter der Ausbuchtung befindet.

In den jüngsten Experimenten an Mäusen, deren Haare durch Zupfen und forciertes Nachwachsen physisch gealtert wurden, stieg die Anzahl der Haarfollikel mit McSCs, die in der Follikelausbuchtung stecken, von 15 % vor dem Zupfen auf fast die Hälfte nach der forcierten Alterung. Diese Zellen waren weiterhin nicht in der Lage, sich zu regenerieren oder zu pigmentproduzierenden Melanozyten zu reifen.

Die Forscher stellten fest, dass die festsitzenden McSCs ihr Regenerationsverhalten einstellten, da sie nicht mehr viel WNT-Signalisierung ausgesetzt waren und daher nicht mehr in der Lage waren, Pigmente in neuen Haarfollikeln zu produzieren, die weiter wuchsen.

Im Gegensatz dazu behielten andere McSCs, die sich weiterhin zwischen der Follikelwölbung und dem Haarkeim hin und her bewegten, ihre Fähigkeit, sich als McSCs zu regenerieren, zu Melanozyten zu reifen und über den gesamten Studienzeitraum von zwei Jahren Pigmente zu produzieren.

„Es ist der Verlust der chamäleonähnlichen Funktion in Melanozyten-Stammzellen, der für das Ergrauen und den Verlust der Haarfarbe verantwortlich sein könnte“, sagte die leitende Forscherin der Studie, Mayumi Ito, PhD, Professorin an der Ronald O. Perelman-Abteilung für Dermatologie und der Abteilung für Zellbiologie an der NYU Langone Health.

„Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Beweglichkeit von Melanozyten-Stammzellen und die reversible Differenzierung der Schlüssel dazu sind, das Haar gesund und gefärbt zu halten“, sagte Ito, der auch Professor in der Abteilung für Zellbiologie an der NYU Langone ist.

Ito sagt, das Team habe Pläne, Möglichkeiten zu untersuchen, um die Beweglichkeit von McSCs wiederherzustellen oder sie physisch in ihren Keimraum zurückzubringen, wo sie Pigmente produzieren können.

Für die Studie verwendeten die Forscher aktuelle 3D-Intravital-Bildgebungs- und scRNA-seq-Techniken, um Zellen nahezu in Echtzeit zu verfolgen, während sie alterten und sich innerhalb jedes Haarfollikels bewegten.