ケルンとヘルシンキの研究チームは、脱毛を防ぐメカニズムを発見した。髪の再生に不可欠な毛包幹細胞は、組織内の低酸素濃度に応じて代謝状態を切り替えることで、寿命を延ばすことができるという。この研究チームは、Sara Wickström准教授（ヘルシンキ大学およびマックス・プランク老化生物学研究所）と皮膚科医のSabine Eming教授（ケルン大学）によって率いられ、ケルン大学の老化研究のCECAD クラスターオブエクセレンス、マックスプランク老化生物学研究所、共同研究センター829「皮膚ホメオスタシスを調節する分子メカニズム」分子医学センター（CMMC）（すべてケルン）、およびヘルシンキ大学の科学者が含まれていた。
Cell Metabolismで2020年9月8日にオンラインで公開されたこの論文は「グルタミン代謝は毛包幹細胞の運命の可逆性と長期維持を制御する（Glutamine Metabolism Controls Stem Cell Fate Reversibility and Long-Term Maintenance in the Hair Follicle）」と題されている。
毎日、皮膚やその毛包などの組織は、紫外線などの環境ダメージにさらされている。 ダメージを受けた箇所は継続的に除去され、生まれ変わる。 平均5億個の細胞と100本の髪の毛が毎日流され、1.5グラムの物質に相当する。 死んだ物質は、区別され、増殖性が高く、長寿命の幹細胞に置き換わる。組織機能は、これらの幹細胞の活動と健康に依存している。 機能の低下や数の減少は老化につなががる。
「老化における幹細胞の重要な役割は確立されているが、これらの重要な細胞の長期的な維持調節メカニズムについてはほとんど知られていない。 よく理解された機能と明確に識別可能な幹細胞を備えた毛包は、この重要な問題を研究するための完璧なモデルシステムだった。」とWickström博士は述べている。幹細胞が分化した娘細胞と機能的に異なる理由を理解するために、チームは2つの細胞集団の転写および代謝プロファイルを調査した。
「興味深いことに、これらの研究は、幹細胞と娘細胞が異なる代謝特性を持っていることを示した。」と、研究の共同主任科学者であるChristine Kim 博士は述べた。 「我々の分析ではさらに、代謝マスターレギュレーターmTOR経路の重要であるが比較的よく理解されていない分子成分であるRictor（ラパマイシンの哺乳類標的のラパマイシン非感受性コンパニオン）が関与すると予測した。」 mTORシグナル伝達は、細胞の成長、エネルギー、酸素消費などのプロセスを調節する。
より詳細な分析では、チームは幹細胞の枯渇が代謝の柔軟性の喪失によるものであることを示した。 新しい毛が作られる各再生サイクルの終わりに、毛包幹細胞はそれらの特定の場所に戻り、静止状態を再開する。
他の共同リーダーであるXiaolei Ding博士は、次のように説明している。「この研究の重要な発見は、このいわゆる「運命の可逆性」には、グルタミン代謝と細胞呼吸から解糖への移行が必要であるということだ。 幹細胞は、酸素の利用可能性が低い環境に存在するため、エネルギーおよびタンパク質合成の炭素源としてグルタミンではなくグルコースを使用する。 このシフトは、低酸素濃度とRictorシグナリングによって引き起こされる。」「Rictorの除去は、この幹細胞の運命逆転の能力を損ない、幹細胞のゆっくりとした年齢依存性の消耗と加齢による脱毛を引き起こした。」
Ding博士とEming博士は最近、Rictor機能を研究するための遺伝子マウスモデルを作成し、Rictor欠損マウスが毛包の再生とサイクリングを大幅に遅らせたことを観察した。これは、幹細胞の調節障害を示している。 「興味深いことに、加齢とともに、これらのマウスは脱毛と幹細胞数の減少を示した」とDing博士は述べた。
「将来の主な目標は、これらの前臨床所見がヒトの幹細胞生物学にどのように変換され、毛包の老化から保護するために薬学的に利用できるかを理解することだ」とEming博士は述べている。「グルタミナーゼ阻害剤の適用により、Rictor欠損マウスの幹細胞機能が回復したという観察結果に特に興奮している。これは、代謝経路の変更が組織の再生能力を高める強力な方法である可能性があるという原則を証明している。 」
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皮膚表面から下向きに伸びる毛包を示す皮膚生検の断面図。 毛包幹細胞の周りの低酸素は、この部位で局所的にRictorシグナル伝達（リン酸化Akt：マゼンタ）を活性化する。 細胞核は青色でラベルされている。 （クレジット：Sara Wickström）
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Cell Metabolism論文のグラフィックアブストラクト
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