В эпидермисе и волосяных фолликулах синтезируется гемоглобин

Кожа выполняет важнейшие барьерные функции, защищая внутреннюю среду организма от внешних факторов. Однако некоторые защитные механизмы все еще остаются неясными. На них могло бы пролить свет изучение транскрипционной активности клеток эпидермиса, однако получить дифференцированные кератиноциты в достаточном количестве для транскриптомного анализа довольно сложно. Авторы исследования, опубликованного в Journal of Investigative Dermatology, решили эту техническую задачу и обнаружили высокую экспрессию генов гемоглобина в эпидермисе.

Кожа человека четко разделена на слои. Верхний слой, эпидермис, в свою очередь, неоднороден. В самом глубоком, базальном слое эпидермиса возникают кератиноциты — основные клетки плоского эпителия; они проходят дифференцировку, одновременно перемещаясь к поверхности, и в итоге образуют зернистый (гранулярный) слой эпидермиса. Клетки зернистого слоя еще живые, но затем они подвергаются корнеоптозу (особому виду апоптоза), теряют влагу и формируют наружный ороговевший слой. Кератиноциты также входят в структуру волосяных фолликулов. Экспрессия генов в данных клетках обеспечивает многие защитные механизмы, нарушение которых приводит к таким заболеваниям, как ихтиоз, атопический дерматит и т.д.

В новой работе исследователи сравнили транскриптомы эпидермиса и его верхнего зернистого слоя. В качестве моделей выбрали кожу мышей и человека (образцы с бедра и плеча трех добровольцев). Эпидермис отделяли от нижележащих слоев с помощью фермента диспазы, а для получения зернистого слоя использовали эксфолиативный токсин А стафилококка (именно он вызывает характерные поражения при кожной стафилококковой инфекции).

Картина экспрессии в зернистом слое отличалась от экспрессии во всем эпидермисе (342 транскрипта экспрессировались активнее, 715 транскриптов — менее активно). Авторов заинтересовал тот факт, что в верхнем эпидермисе высокоактивны гены HBA1/2, кодирующие α-глобин. Анализ обогащения по функциональной принадлежности показал, что повышенная экспрессия HBA1/2 может быть ассоциирована с реакцией на активные формы кислорода.

Гемоглобин позвоночных — гетеротетрамер из двух цепей α-глобина и двух цепей β-глобина; поэтому авторы исследовали экспрессию гена HBB, кодирующего β-глобин, и обнаружили, что он тоже экспрессируется в эпидермисе, причем в верхних слоях активнее. Повышенную экспрессию мРНК альфа- и бета-цепей подтвердил метод ОТ-ПЦР. Анализ РНК единичных клеток эпидермиса уха мыши также показал, что гены гемоглобина активируются в кератиноцитах верхнего эпидермиса. Авторы провели иммуноокрашивание на альфа-глобин и убедились, что белок экспрессируется в дифференцированных кератиноцитах.

Интересно, что гемоглобин присутствовал также в кератинах волосяных фолликулов человека и мышей. Данные иммуноокрашивания указывали на то, что его там больше, чем в окружающем эпидермисе. При этом экспрессия HBA не наблюдалась в некожном кератинизированном эпителии у мышей, например, во влагалище, пищеводе и переднем отделе желудка.

Как известно, гемоглобин обеспечивает транспорт газов между тканями и обладает сродством к кислороду и углекислому газу. Отсюда следует предполагаемая роль гемоглобина как антиоксиданта, способного связывать активные формы кислорода и уменьшать повреждающее действие окислительного стресса. Авторы проверили, как повлияет на экспрессию гемоглобина ультрафиолетовое облучение, генерирующее образование АФК. Действительно, ультрафиолет A индуцировал экспрессию мРНК HBA1/2 в кератиноцитах. Аналогичный эффект оказывала обработка перекисью водорода. Более того, нокдаун гена HBA с помощью малой интерферирующей РНК увеличил внутриклеточные уровни АФК.

Таким образом, авторы обнаружили новый защитный механизм кожи млекопитающих. Антиоксидантная функция гемоглобина в эпидермисе может играть важную роль в старении и онкозаболеваниях кожи. Авторы выдвинули предположение, что активность гена гемоглобина в клетках кожи могла появиться у наземных животных как эволюционная адаптация при выходе на сушу.

Напечатанная на 3D-принтере кожа повторила многослойную структуру кожи человека