Respirazione mitocondriale delle staminali

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PeerJ. 3 maggio 2016

La respirazione aerobica mitocondriale si attiva durante la differenziazione delle cellule staminali del follicolo pilifero e la sua disfunzione ritarda la rigenerazione dei capelli.

Tang Y1, Luo B2, Deng Z1, Wang B1, Liu F1, Li J1, Shi W1, Xie H1, Hu X3, Li J1.

1Dipartimento di Dermatologia , Ospedale Xiangya , Central South University , Changsha , Cina.
2 Dipartimento di Dermatologia, il terzo ospedale Xiangya , Central South University , Changsha , Cina.
3 Dipartimento delle malattie infettive e Laboratorio di epatite virale , Xiangya Hospital , Central South University , Changsha , Cina

Premessa
Ricerche emergenti hanno rivelato il ruolo essenziale dei mitocondri nella regolazione della differenziazione delle cellule staminali/progenitrici nelle cellule progenitrici neurali, nelle cellule staminali mesenchimali e in altre cellule staminali tramite le specie reattive dell’ossigeno (ROS), Notch o altre vie di segnalazione. L’inibizione della sintesi proteica dei mitocondri porta alla caduta dei capelli in seguito a delle lesioni. Tuttavia non è stata indagata l’alterazione della morfologia mitocondriale e la funzione metabolica durante la differenziazione delle cellule staminali del follicolo pilifero (HFSCs) e come queste influenzano la rigenerazione dei capelli.

Metodi
Abbiamo confrontato la differenza nella morfologia mitocondriale e l’attività tra le cellule in telogen del “bulge” e le cellule anagen della matrice. Sono stati misurati i livelli di espressione delle ROS mitocondriali e la superossido dismutasi 2 (SOD2) per valutare l’equilibrio redox. Inoltre sono stati stimati il livello di chinasi piruvato deidrogenasi (PDK) e la piruvato deidrogenasi (PDH) per presentare il cambiamento del metabolismo energetico durante la differenziazione. Per esplorare l’effetto del metabolismo mitocondriale sulla regolazione della rigenerazione dei capelli, è stata osservata la crescita dei capelli dopo l’applicazione di un inibitore della respirazione mitocondriale al momento dell’epilazione.

Può essere interessante sapere che in numerosi studi gli uomini hanno mostrato maggiore stress ossidativo rispetto alle donne 1. Le differenze tra i generi sono dovute a una minore produzione di antiossidanti endogeni negli uomini. La glutatione perossidasi e la superossido dismutasi hanno maggiore epressione e attività nei mitocondri femminili che in quelli maschili 2. Gli estrogeni portano a una maggiore espressione dei geni del nucleo cellulare di questi enzimi antiossidanti, consentendo un incremento della protezione contro le specie reattive dell’ossigeno (ROS) 3.

Risultati
Durante la differenziazione delle HFSCs, i mitocondri si allungano con più abbondanti creste organizzate e mostrano una maggiore attività nelle cellule differenziate. La SOD2 è risultata aumentata per l’equilibrio redox con livelli di ROS relativamente stabili nelle cellule differenziate. La PDK è aumentata nelle HFSCs mentre le cellule differenziate hanno mostrato un incremento della PDH, che indica che la respirazione è passata dalla glicolisi alla fosforilazione ossidativa durante la differenziazione. Inibendo la respirazione mitocondriale nelle cellule del follicolo pilifero differenziate al momento dell’epilazione ha represso la rigenerazione dei capelli in vivo.

Conclusioni

A momento della differenziazione delle HFSCs, i mitocondri sono allungati con più abbondanti creste e mostrano maggiore attività, accompagnando la respirazione aerobica attivata nelle cellule differenziate per una maggiore fornitura di energia. Inoltre, la disfunzione della respirazione mitocondriale ritarda la rigenerazione dei capelli in seguito a lesioni.

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