La pelle contiene due tipi principali di cellule staminali adulte: le cellule staminali epidermiche e le cellule staminali del follicolo pilifero. Normalmente, ogni tipo ha un ruolo ben preciso: una mantiene la pelle e l’altra supporta la crescita dei capelli. Tuttavia, una ricerca della Rockefeller University ha dimostrato che le cellule staminali del follicolo pilifero (HFSC) sono sorprendentemente adattabili. Quando la pelle è ferita, queste cellule possono passare dalla crescita dei capelli alla guarigione delle ferite. Che cosa indica loro quando è il momento di fare questo passaggio?
Un segnale di stress che cambia il comportamento delle cellule
Lo stesso gruppo di ricerca della Rockefeller University ha ora identificato il segnale chiave alla base di questa trasformazione. Le cellule staminali del follicolo pilifero rispondono alla cosiddetta risposta integrata allo stress (ISR), un sistema di allarme cellulare che le aiuta a conservare l’energia e a concentrarsi sui compiti di sopravvivenza. Nella pelle, questa risposta allo stress è legata all’aminoacido serina, un nutriente non essenziale presente in alimenti comuni come carne, cereali e latte. Nello studio pubblicato su Cell Metabolism, gli scienziati hanno dimostrato che quando i livelli di serina si abbassano, si attiva l’ISR e la produzione di peli rallenta. Se la pelle è anche ferita, l’ISR aumenta ulteriormente, in modo che la crescita dei capelli si arresti completamente e le cellule possano concentrarsi sulla riparazione del tessuto danneggiato. Questo cambiamento di priorità aiuta la pelle a guarire più velocemente.
“La carenza di serina innesca un ‘regolatore’ cellulare altamente sensibile che regola il destino della cellula – verso la pelle e lontano dai capelli”, spiega il primo autore Jesse Novak, studente di dottorato presso il programma tri-istituzionale di dottorato del Weill Cornell Medical College ed ex dottorando nel laboratorio Rockefeller di Elaine Fuchs. “I nostri risultati suggeriscono che potremmo accelerare la guarigione delle ferite cutanee influenzando i livelli di serina attraverso la dieta o i farmaci”.
I tessuti adulti si affidano alle cellule staminali per mantenere l’equilibrio, sostituendo le cellule morte e riparando i tessuti danneggiati. Tuttavia, gli scienziati sanno ancora poco su come queste cellule gestiscono l’energia e i nutrienti nei vari compiti. Novak e il suo team volevano capire quali sono i fattori metabolici che mantengono le cellule staminali in funzione normalmente e cosa cambia quando devono cambiare per guarire una ferita.
“La maggior parte delle ferite cutanee che subiamo sono abrasioni che distruggono la parte superiore della pelle”, spiega Novak. “Quest’area contiene un pool di cellule staminali che normalmente sono responsabili della guarigione delle ferite. Tuttavia, se queste cellule vengono distrutte, le cellule staminali del follicolo pilifero devono occuparsi della riparazione”, spiega Novak. “Con queste conoscenze, siamo giunti alla conclusione che il monitoraggio di queste cellule cutanee durante la guarigione delle ferite è un ottimo modello per verificare se e come i metaboliti regolano questo processo nel suo complesso”.
Il ruolo della serina oltre i capelli e la pelle
Una precedente ricerca del laboratorio di Fuchs ha dimostrato che le cellule staminali precancerose della pelle possono diventare dipendenti dalla serina circolante e che una dieta a basso contenuto di serina aiuta a prevenire la degenerazione di queste cellule. Questi risultati hanno sottolineato la forte influenza della serina sul comportamento delle cellule e hanno persino ispirato studi in cui diete prive di serina sono state testate come trattamento del cancro. Tuttavia, non era ancora chiaro come una riduzione dei livelli di serina potesse influire sui tessuti sani. Per indagare su questo aspetto, Novak si è concentrato sul ruolo della serina nella normale attività delle cellule staminali e su come la sua assenza possa alterare la rigenerazione.
I ricercatori hanno studiato come le cellule staminali del follicolo pilifero rispondono allo stress metabolico. Hanno privato i topi della serina dalla dieta o hanno usato metodi genetici per bloccare la produzione endogena di serina delle cellule. In entrambi i casi, i risultati hanno dimostrato che la serina comunica direttamente con il PVR, un sistema che controlla quando il tessuto non è in equilibrio. Quando i livelli di serina sono bassi, la crescita dei capelli rallenta perché richiede molta energia. In caso di ferite, il PVR si attiva ancora di più, dando la priorità alla guarigione rispetto alla rigenerazione dei capelli. In altre parole: Quando lo stress aumenta, i meccanismi di riparazione della pelle hanno la precedenza. “A nessuno piace perdere i capelli, ma quando si tratta di sopravvivere in periodi di stress, la riparazione epidermica ha la priorità”, dice Fuchs. “Una chiazza di pelo mancante non è una minaccia per un animale, ma una ferita non rimarginata sì”.
L’aggiunta di serina può favorire la crescita dei peli?
Dopo aver confermato che bassi livelli di serina influenzano il comportamento delle cellule staminali, il team si è chiesto se fosse vero anche il contrario: un aumento dei livelli di serina può promuovere la crescita dei capelli? La risposta sembra essere “no”. L’organismo controlla strettamente i livelli di serina e anche quando ai topi è stata somministrata una quantità di serina sei volte superiore al normale nella dieta, i livelli sono aumentati solo del 50% circa. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che impedendo alle cellule staminali di produrre la propria serina e compensando le perdite con una dieta ricca di serina, sono riusciti a ripristinare parzialmente la rigenerazione dei capelli.
In seguito, i ricercatori intendono verificare se la guarigione delle ferite possa essere migliorata riducendo l’assorbimento di serina o utilizzando farmaci che influenzano i livelli di serina o la via di segnalazione ISR. Vogliono anche testare altri aminoacidi per vedere se hanno effetti simili. Nel complesso, la capacità delle cellule staminali di determinare le proprie cellule in base al livello di stress a cui sono esposte avrà probabilmente implicazioni di vasta portata sul modo in cui i tessuti ottimizzano la loro capacità rigenerativa in tempi di risorse scarse.