Исследователи разработали метод пространственного анализа РНК, который позволяет получать трёхмерные молекулярные карты целых развивающихся волосяных фолликулов, а затем вычислительно располагать сотни таких фолликулов от самых ранних до более зрелых стадий. Так из статического образца кожи мыши удалось реконструировать своеобразную четырёхмерную «анимацию» органогенеза — трёх пространственных измерений плюс времени. Метод также выявил ранние нарушения развития фолликулов у мышей с дефектом гена Foxn1.
Работу провели исследователи Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University). Статья опубликована онлайн 1 июля 2026 года в журнале Cell.
Как из одного образца получить «четвёртое измерение»
Проследить формирование органа на молекулярном уровне сложно. Развитие требует согласованных изменений множества клеток: они делятся, меняют специализацию, перемещаются и формируют пространственные структуры.
Обычное исследование ткани даёт снимок только одного момента. Непрерывно наблюдать за всеми молекулярными изменениями внутри формирующегося органа значительно труднее.
Первый автор работы Соичиро Асами (Soichiro Asami) и его коллеги воспользовались особенностью кожи новорождённой мыши: в одном образце одновременно присутствуют сотни волосяных фолликулов, находящихся на разных стадиях развития.
Исследователи получили трёхмерные молекулярные карты этих фолликулов, а затем определили для каждого из них расчётный «молекулярный возраст». После этого структуры можно было расположить в последовательности от ранних к поздним стадиям.
Получилась реконструкция развития, напоминающая покадровую анимацию.
Однако это не видеозапись одного и того же фолликула во времени. Четвёртое измерение было восстановлено вычислительно путём сравнения разных фолликулов, находившихся на разных стадиях формирования.
Новый метод удаляет мешающую геномную ДНК
Для работы команда разработала технологию 3D DNase-Enhanced Expression Profiling (3DEEP) — трёхмерное профилирование экспрессии с использованием обработки ДНКазой.
Метод относится к пространственной транскриптомике — набору технологий, позволяющих определять не только активность генов, но и местоположение соответствующих молекул матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК) непосредственно в ткани.
Матричная РНК представляет собой промежуточную копию генетической информации, по которой клетки производят белки. Поэтому её распределение помогает определить, какие программы работают в разных клетках и областях органа.
Одной из технических проблем при анализе толстых образцов является геномная дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Она может мешать химическим реакциям, необходимым для обнаружения сравнительно хрупких молекул РНК.
В 3DEEP геномную ДНК удаляют с помощью фермента ДНКазы. Это позволило исследователям проводить пространственный транскриптомный анализ на глубину в сотни микрометров и изучать волосяной фолликул как целостную трёхмерную структуру.
Авторы проверили применимость метода не только на коже, но также на образцах печени, мозга и почки мышей.
В карту вошли сотни развивающихся фолликулов
При исследовании кожи новорождённых мышей команда получила пространственные данные для сотен волосяных фолликулов. В одном из основных этапов анализа были реконструированы 371 фолликул из трёх биологических повторов.
Учёные определяли положение молекул РНК, классифицировали клетки и реконструировали анатомическую организацию каждого фолликула.
После этого для фолликулов рассчитали так называемое псевдовремя — положение на предполагаемой траектории развития, определённое по их молекулярным характеристикам.
Псевдовремя часто используется в исследованиях развития клеток и тканей. Оно не показывает реальное количество прошедших часов, а располагает биологические объекты в наиболее вероятной последовательности изменений.
Формирование фолликула разделили на три этапа
Полученная карта позволила авторам предложить трёхстадийную модель органогенеза волосяного фолликула.
Сначала клетки-предшественники формируют пространственную организацию будущего органа. Устанавливается его продольная ось, уходящая от поверхности кожи в глубину ткани.
На следующей стадии возникают новые специализированные типы и подтипы клеток. Из сравнительно однородных предшественников постепенно формируются клеточные популяции, которым предстоит выполнять разные функции в зрелом фолликуле.
Наконец, эти клеточные группы увеличиваются в числе и перестраиваются пространственно. Формируются внутренние структуры фолликула, включая компоненты, необходимые для образования будущего волосяного стержня и канала, через который волос выходит к поверхности кожи.
Карта также позволила проследить, когда и где возникают отдельные популяции кератиноцитов, фибробластов и меланоцитов.
Зоны стволовых клеток начинают разделяться ещё во время развития
Одним из наблюдений стало раннее формирование пространственной организации будущего компартмента стволовых клеток волосяного фолликула.
Исследователи отслеживали клетки, экспрессирующие маркеры Lgr5, Lgr6 и Col17a1, а также разные популяции меланоцитов. Их положения постепенно разделялись вдоль оси развивающегося фолликула.
Это показывает, что характерная для зрелого органа пространственная организация клеток закладывается ещё на ранних этапах органогенеза.
Такая детализация важна потому, что нормальный рост и последующее циклическое обновление волос зависят не только от присутствия нужных клеток, но и от того, находятся ли они в правильном месте и взаимодействуют ли друг с другом в нужный момент.
У мышей без Foxn1 развитие замедлялось ещё до разрушения структуры
Чтобы проверить, способен ли новый подход обнаруживать патологические изменения развития, исследователи сравнили обычных мышей с так называемыми nude-мышами, у которых нарушена функция гена Foxn1.
Этот ген необходим для нормального формирования волос. При его дефекте у мышей развивается характерный практически безволосый фенотип.
Четырёхмерная карта показала, что нарушения возникали ещё до появления очевидных структурных дефектов.
У фолликулов мышей с дефицитом Foxn1 молекулярное развитие продвигалось медленнее, а согласованность различных процессов уменьшалась. Авторы также выявили повышенную нестабильность траекторий развития.
При этом клетки продолжали активно пролиферировать — делиться и увеличивать свою численность. Проблема заключалась не просто в недостатке клеточного роста: клетки хуже созревали и не приобретали необходимые специализированные состояния в правильной последовательности.
В результате нарушалась координация между клеточными популяциями, а структура фолликула в конечном счёте разрушалась до полноценного формирования волоса.
Нарушение развития оказалось проблемой времени и координации
По словам руководителя исследования Резы Калхора (Reza Kalhor), доцента биомедицинской инженерии Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса, волосяной фолликул удобен как модель общих принципов формирования органов.
Работа показывает, что врождённый дефект может проявляться не только отсутствием определённого типа клеток или уменьшением их количества. Нарушаться способна сама временная координация: одни процессы начинаются слишком поздно, другие продолжаются слишком долго, а отдельные клеточные линии теряют синхронность.
Это различие трудно увидеть на одном обычном гистологическом срезе, но оно становится заметным после реконструкции последовательности развития.
В исследовании также участвовали Чэньшо Инь (Chenshuo Yin), Жан Фан (Jean Fan) и профессор дерматологии Луис Гарса (Luis A. Garza).
Волосяной фолликул — модель, а не только объект исследования облысения
Авторы подчёркивают, что волосяной фолликул интересен не только для изучения роста волос.
Формирование многих органов включает похожие фундаментальные процессы: создание пространственной оси, появление специализированных клеточных типов, рост отдельных популяций и согласованную перестройку ткани.
Поэтому 3DEEP и пространственное псевдовремя потенциально могут использоваться для исследования других моделей органогенеза и врождённых нарушений развития.
В перспективе похожие методы могут помочь определить, на каком именно этапе генетическая мутация начинает нарушать формирование органа — ещё до того, как появляется очевидный анатомический дефект.
Авторы также обсуждают возможность использования подобных подходов для изучения развития опухолей, где клетки постепенно приобретают новые состояния и меняют взаимодействия с окружающими тканями. Однако в этой работе опухолевые процессы не исследовались.
До применения при выпадении волос у людей ещё далеко
Луис Гарса считает, что в будущем методика может помочь подробнее исследовать причины некоторых заболеваний, сопровождающихся нарушением роста волос.
Однако нынешняя работа не изучала пациентов и не проверяла методы лечения алопеции.
Эксперименты проводились преимущественно на коже новорождённых мышей, а модель с нарушением Foxn1 отражает конкретный генетический дефект. Её нельзя напрямую приравнивать к распространённым формам выпадения волос у человека, таким как андрогенетическая или очаговая алопеция.
Кроме того, реконструированное время является псевдовременем. Оно основано на предположении, что различные фолликулы в одном образце представляют последовательные стадии единого процесса развития. Такой подход позволяет обнаруживать закономерности, но не заменяет прямое длительное наблюдение за одной и той же тканью.
Поэтому главное значение исследования сейчас заключается в создании метода изучения динамики органогенеза, а не нового лечения облысения.
Роль клеток волосяного фолликула зависит и от других физиологических воздействий: ранее МКБ-11 рассказывал, как в экспериментальном исследовании периодическое голодание влияло на регенерацию волосяных фолликулов.
Литература
Asami S., Yin C., Fan J., Garza L. A., Kalhor R. Four-dimensional molecular mapping from a spatial snapshot reveals the dynamics of hair follicle organogenesis // Cell. — 2026. — Published online July 1, 2026. — DOI: 10.1016/j.cell.2026.06.014. — PubMed PMID: 42385701.
Johns Hopkins Medicine. Scientists Map Hair Follicle Formation in Spacetime, Advancing Understanding of How Organs Develop. — 2026, August 21. — Johns Hopkins Medicine.