Warum werden Haare grau?

Studie bringt "festsitzende" Stammzellen mit grauem Haar in Verbindung

26.04.2023 - USA

Bestimmte Stammzellen haben die einzigartige Fähigkeit, sich zwischen den Wachstumsfächern in den Haarfollikeln zu bewegen, bleiben aber mit zunehmendem Alter stecken und verlieren so ihre Fähigkeit, zu reifen und die Haarfarbe zu erhalten, 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, die auch beim Menschen vorkommen und als Melanozyten-Stammzellen (McSCs) bezeichnet werden. Die Haarfarbe wird dadurch gesteuert, ob nicht funktionsfähige, aber sich ständig vermehrende Pools von McSCs in den Haarfollikeln das Signal erhalten, zu reifen Zellen zu werden, die die für die Farbe verantwortlichen Proteinpigmente herstellen.

Die neue Studie, die am 19. April in der Zeitschrift Nature online veröffentlicht wurde, zeigt, dass McSCs bemerkenswert plastisch sind. Das bedeutet, dass sich diese Zellen während des normalen Haarwachstums ständig auf der Reifungsachse hin und her bewegen, während sie zwischen den Kompartimenten des sich entwickelnden Haarfollikels hin und her wandern. Innerhalb dieser Kompartimente sind die McSCs verschiedenen Ebenen von Proteinsignalen ausgesetzt, die die Reifung beeinflussen.

Das Forscherteam fand insbesondere heraus, dass sich McSCs je nach ihrem Standort zwischen ihrem primitivsten Stammzellzustand und dem nächsten Stadium ihrer Reifung, dem Transit-Amplifikationszustand, verändern.

Die Forscher fanden heraus, dass, wenn das Haar altert, ausfällt und dann immer wieder nachwächst, immer mehr McSCs in dem Stammzellenkompartiment stecken bleiben, das als Haarfollikelwulst bezeichnet wird. Dort verbleiben sie, reifen nicht zum Transit-Amplifikat aus und wandern nicht zu ihrem ursprünglichen Standort im Keimkompartiment zurück, wo WNT-Proteine sie zur Regeneration in Pigmentzellen veranlasst hätten.

"Unsere Studie trägt zu unserem grundlegenden Verständnis darüber bei, wie Melanozyten-Stammzellen bei der Haarfärbung arbeiten", sagte der Studienleiter Qi Sun, PhD, ein 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 dies der Fall ist, stellt dies einen potenziellen Weg dar, um das Ergrauen des menschlichen Haares rückgängig zu machen oder zu verhindern, indem gestaute Zellen dabei unterstützt werden, sich wieder zwischen den sich entwickelnden Haarfollikelkompartimenten zu bewegen."

Die Forscher sagen, dass die McSC-Plastizität bei anderen sich selbst regenerierenden Stammzellen, wie z. B. den Zellen des Haarfollikels selbst, nicht vorhanden ist, von denen bekannt ist, dass sie sich während ihrer Reifung nur in eine Richtung entlang einer festgelegten Zeitlinie bewegen. Zum Beispiel kehren Haarfollikelzellen, die sich im Transit vermehren, niemals in ihren ursprünglichen Stammzellzustand zurück. Dies erklärt zum Teil, warum das Haar weiterwachsen kann, auch wenn die Pigmentierung ausbleibt, sagt Sun.

Frühere Arbeiten desselben Forscherteams an der NYU hatten gezeigt, dass die WNT-Signalübertragung notwendig ist, um die McSCs zur Reifung und Pigmentierung anzuregen. Diese Studie hatte auch gezeigt, dass die McSCs im Haarfollikelwulst viele Billionen Mal weniger WNT-Signalen ausgesetzt waren als im Haarkeimkompartiment, das sich direkt unter dem Wulst befindet.

In den jüngsten Experimenten an Mäusen, deren Haare durch Auszupfen und erzwungenes Nachwachsen physisch gealtert wurden, stieg die Zahl der Haarfollikel mit McSCs im Follikelwulst von 15 % vor dem Auszupfen auf fast die Hälfte nach der erzwungenen Alterung. Diese Zellen blieben unfähig, sich zu regenerieren oder zu pigmentproduzierenden Melanozyten auszureifen.

Die steckengebliebenen McSCs, so fanden die Forscher heraus, stellten ihr regeneratives Verhalten ein, da sie nicht mehr vielen WNT-Signalen ausgesetzt waren, und damit auch ihre Fähigkeit, Pigment in neuen Haarfollikeln zu produzieren, die weiter wuchsen.

Im Gegensatz dazu behielten andere McSCs, die sich weiterhin zwischen dem Follikelwulst 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 Pigment zu produzieren.

"Es ist der Verlust der chamäleonartigen Funktion der Melanozyten-Stammzellen, der für das Ergrauen und den Verlust der Haarfarbe verantwortlich sein könnte", sagte Studienleiterin Mayumi Ito, PhD, Professorin in der Ronald O. Perelman-Abteilung für Dermatologie und in der Abteilung für Zellbiologie an der NYU Langone Health.

"Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Beweglichkeit der Melanozytenstammzellen und die reversible Differenzierung der Schlüssel zur Erhaltung gesunder und gefärbter Haare sind", so Ito, die auch Professorin in der Abteilung für Zellbiologie an der NYU Langone ist.

Laut Ito plant das Team, Mittel zur Wiederherstellung der Beweglichkeit von McSCs zu erforschen oder sie physisch zurück in ihr Keimkompartiment zu bewegen, wo sie Pigmente produzieren können.

Für die Studie nutzten die Forscher neueste 3D-Intravital-Bildgebungs- und scRNA-seq-Techniken, um die Zellen fast in Echtzeit zu verfolgen, während sie alterten und sich in jedem Haarfollikel bewegten.

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