Badania myszy dostrajają się do regeneracji słuchu

Badania myszy dostrajają się do regeneracji słuchu

Ogłuchły dorosły nie może odzyskać zdolności słyszenia, ponieważ czuciowe komórki słuchowe ucha wewnętrznego nie regenerują się po uszkodzeniu. W dwóch nowych badaniach, częściowo finansowanych przez National Institutes of Health i opublikowanych w Proceedings of the National Academy of the Sciences (PNAS), naukowcy z USC Stem Cell wyjaśniają, dlaczego tak jest i jak możemy to zmienić.

„W niesensorycznych komórkach podtrzymujących ucha wewnętrznego kluczowe geny wymagane do konwersji do komórek czuciowych są wyłączane w procesie znanym jako„ wyciszanie epigenetyczne ”. Badając, w jaki sposób geny są wyłączane, zaczynamy rozumieć, jak możemy je ponownie włączyć, aby zregenerować słuch” – powiedział John Duc Nguyen, pierwszy autor jednego z artykułów. Nguyen pracuje obecnie w firmie biotechnologicznej Genentech i uzyskał doktorat w laboratorium komórek macierzystych USC Neila Segila, który zmarł na raka trzustki w 2022 roku.

W drugim artykule zbadano, kiedy i w jaki sposób zdolność do tworzenia czuciowych komórek słuchowych jest nabywana w uchu wewnętrznym i opisano dwa specyficzne geny, które mogą być przydatne do regeneracji słuchu u dorosłych.

„Skupiliśmy się na genach Sox4 i Sox11, ponieważ odkryliśmy, że są one niezbędne do tworzenia czuciowych komórek słuchowych podczas rozwoju” – powiedziała pierwsza autorka artykułu, Emily Xizi Wang, która również prowadziła swoje badania jako doktorantka w Segil Lab i pracuje w firma biotechnologiczna Atara Biotherapeutics.

Gage Crump, współautor obu artykułów i tymczasowy przewodniczący Wydziału Biologii Komórek Macierzystych i Medycyny Regeneracyjnej USC w Keck School of Medicine w USC, dodał: „Te dwa artykuły są nie tylko wspaniałą nauką, ale także wyraźnym przykładem trwałej spuścizny Neila Segila jako wyjątkowego mentora dla następnego pokolenia badaczy komórek macierzystych”.

Uciszenie nie jest złotem

Jednym z ważnych sposobów, w jaki geny są wyłączane lub “wyciszane”, są związki chemiczne zwane grupami metylowymi, które wiążą się z DNA i czynią je niedostępnymi – temat artykułu Nguyena. Kiedy DNA, które instruuje komórkę, aby stała się czuciową komórką słuchową, jest metylowane, komórka nie może uzyskać dostępu do tych instrukcji.

Poprzez swoje eksperymenty z nieczuciowymi komórkami wspomagającymi wyekstrahowanymi z ucha wewnętrznego myszy, Nguyen i jego współpracownicy potwierdzili, że metylacja DNA wycisza geny promujące konwersję do czuciowych komórek słuchowych, w tym gen Atoh1, o którym wiadomo, że jest głównym regulatorem ucha wewnętrznego rozwój.

Enzym zwany TET może usuwać grupy metylowe z DNA, odwracając w ten sposób wyciszanie genów i przywracając zdolność komórek podporowych do przekształcania się w czuciowe komórki rzęsate. W związku z tym, kiedy naukowcy zablokowali aktywność TET, komórki podtrzymujące zachowały swoją metylację DNA i dlatego nie mogły przekształcić się w czuciowe komórki rzęsate na płytce Petriego.

Co ciekawe, w osobnym eksperymencie naukowcy przetestowali zakres wyciszania genów w komórkach podtrzymujących chronicznie ogłuszonej myszy. Odkryli, że wyciszanie genów zostało częściowo odwrócone, co oznacza, że ​​komórki podtrzymujące miały zdolność reagowania na sygnały w celu przekształcenia się w czuciowe komórki słuchowe. To odkrycie ma ważne implikacje: sama utrata czuciowych komórek słuchowych może częściowo odwrócić wyciszanie genów w komórkach podtrzymujących u osób przewlekle głuchych. Jeśli tak, komórki podtrzymujące osób przewlekle głuchych mogą być już naturalnie przygotowane do przekształcenia się w czuciowe komórki słuchowe.

Wieloletni współpracownik Segila, Andrew K. Groves z Baylor College of Medicine, był autorem korespondencyjnym artykułu.

Znokautowanie ich Soxów

W drugim artykule Wang i jej współpracownicy zbadali, kiedy iw jaki sposób komórki progenitorowe ucha wewnętrznego uzyskują zdolność do tworzenia czuciowych komórek słuchowych.

Naukowcy ustalili, kiedy komórki progenitorowe nabywają tę zdolność: między 12. a 13.5. dniem rozwoju embrionalnego u myszy. W tym oknie komórki progenitorowe nabywają zdolność reagowania na sygnały z genu głównego regulatora Atoh1, który wyzwala tworzenie czuciowych komórek słuchowych w późniejszym okresie rozwoju.

To, co przygotowuje komórki progenitorowe do odpowiedzi na Atoh1, to dwa dodatkowe geny, Sox4 i Sox11, które zmieniają stan tych komórek.

U myszy embrionalnych pozbawionych Sox4 i Sox11 komórki progenitorowe w uchu wewnętrznym nie rozwinęły się w czuciowe komórki słuchowe. W szczególności utrata Sox4 i Sox11 sprawiła, że ​​DNA komórek stało się niedostępne – efekt podobny do metylacji DNA. Ponieważ ich DNA było niedostępne, komórki progenitorowe nie mogły reagować na sygnały z Atoh1.

Z drugiej strony, wysoki poziom aktywności Sox4 i Sox11 stymulował mysie komórki progenitorowe i komórki podtrzymujące, tworząc czuciowe komórki słuchowe na płytce Petriego.

Co jeszcze bardziej obiecujące, u myszy z uszkodzonymi komórkami czuciowymi w uchu wewnętrznym wysoki poziom aktywności Sox4 i Sox11 zwiększył odsetek przedsionkowych komórek podtrzymujących, które przekształciły się w komórki receptorowe czuciowe – z 6 procent do 40 procent.

„Jesteśmy podekscytowani dalszym badaniem mechanizmów, dzięki którym komórki w uchu wewnętrznym uzyskują zdolność do różnicowania się jako komórki czuciowe podczas rozwoju oraz w jaki sposób można je wykorzystać do promowania regeneracji czuciowych komórek słuchowych w dojrzałym uchu wewnętrznym” – powiedział naukowiec. autorka artykułu Ksenia Gnedeva, która ukończyła szkolenie podoktoranckie w Segil Lab i jest obecnie adiunktem na Wydziale Otolaryngologii USC Tina i Rick Caruso – Chirurgia Głowy i Szyi oraz na Wydziale Biologii Komórek Macierzystych i Medycyny Regeneracyjnej.

O studiach

Współautorami obu badań są Juan Llamas z laboratorium Segil i Tuo Shi z laboratorium Crump. W przypadku artykułu Wanga i Gnedevy, dodatkowymi współautorami są Talon Trecek, Litao Tao i Welly Makmura z laboratorium Segil.

Oba badania były wspierane przez National Institutes of Health (grant NIH RO1 DC015829), a także nagrodę Hearing Restoration Project Consortium od Hearing Health Foundation. Badanie Nguyena i Grovesa otrzymało wsparcie z trzech dodatkowych grantów NIH (F31 DC018703, T32 HD060549 i RO1 DC014832), a badanie Wanga i Gnedevy otrzymało wsparcie z dwóch dodatkowych grantów NIH (R21 DC016984 i T32DC009975).

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]
science