Учёные из Университета Южной Калифорнии обнаружили ранее неизвестный эпигенетический механизм, который защищает клетки-предшественники зубной ткани от повреждений, вызванных механической нагрузкой, и обеспечивает длительное обновление минерализованных тканей.
Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Bone Research, показало существование своеобразного «механостата» — регуляторной системы, которая контролирует, насколько сильно клетки реагируют на физическое давление.
Работа была проведена на модели постоянно растущих резцов мышей, которые хорошо подходят для изучения процессов регенерации, поскольку подвергаются постоянной нагрузке при жевании и стачивании. Учёные применяли генетические модели, анализ экспрессии генов, изучение хроматина, визуализацию кальциевых сигналов и эксперименты с механической нагрузкой.
Центральное внимание исследователи уделили ферменту KDM6B, который регулирует активность генов через изменение структуры хроматина. Было установлено, что KDM6B особенно активен в быстро делящихся клетках-предшественниках, отвечающих за формирование зубных тканей.
При выключении гена Kdm6b у мышей наблюдались выраженные нарушения роста зубов под механической нагрузкой: замедление роста, истончение дентина, расширение пульпы и дефекты в формировании одонтобластов — клеток, отвечающих за образование дентина.
Дальнейший анализ показал, что отсутствие KDM6B делает клетки чрезмерно чувствительными к механическим воздействиям. Это связано с неконтролируемой активацией механочувствительного ионного канала PIEZO1, который отвечает за преобразование давления в кальциевые сигналы внутри клетки. В результате возникает избыточный приток кальция и гибель клеток-предшественников.
Учёные установили, что в норме KDM6B регулирует экспрессию гена Bmi1, поддерживая его активность через удаление репрессивной метки H3K27me3. Белок BMI1, в свою очередь, подавляет активность PIEZO1. При нарушении этой цепочки запускается каскад, приводящий к повреждению клеток под нагрузкой.
Эксперименты подтвердили, что снижение механической нагрузки или восстановление отдельных звеньев этого пути позволяет частично нормализовать рост тканей и восстановить структуру зуба.
Исследователи подчёркивают, что выявленный механизм работает как «эпигенетический механостат», который балансирует между полезной и разрушительной реакцией клеток на механическое давление. Хотя работа выполнена на зубной ткани, аналогичные механизмы могут существовать и в костях, хрящах и других механически нагруженных тканях организма.
Авторы считают, что открытие может иметь значение для разработки новых подходов к лечению дегенеративных заболеваний скелета и тканей ротовой полости, а также для улучшения регенеративной медицины.
Следите за NEWS.am Medicine на Facebook и Twitter