Открытие белков может привести к новым методам лечения потери слуха
Новое генетическое исследование на мышах выявило два белка, которые помогают организовать развитие волосковых клеток, улавливающих звуковые волны во внутреннем ухе.
Исследователи из Медицинской школы Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, считают, что их результаты могут стать ключом к обращению вспять потери слуха, возникающей из-за поврежденных волосковых клеток.
Недавняя статья в журнале электронная жизнь дает полный отчет о расследовании.
«Ученые в нашей области, - говорит Анжелика Дотцльхофер, доктор философии, доцент кафедры нейробиологии Университета Джонса Хопкинса, - давно искали молекулярные сигналы, которые запускают формирование волосковых клеток, которые воспринимают и передают звук».
«Эти волосковые клетки играют важную роль в потере слуха, и знание того, как они развиваются, поможет нам найти способы замены поврежденных волосковых клеток», - добавляет она.
У млекопитающих способность слышать зависит от двух типов клеток, которые улавливают звук: внутренних и внешних волосковых клеток.
Оба типа волосковых клеток выстилают внутреннюю часть улитки, спиралевидную полость во внутреннем ухе. Волосковые клетки образуют четкий узор, состоящий из трех рядов внешних клеток и одного ряда внутренних клеток.
Клетки воспринимают звуковые волны, когда они проходят по структуре, напоминающей оболочку, и передают информацию в мозг.
Развитие и потеря волосковых клеток
Проблемы с волосковыми клетками и нервами, которые соединяют их с мозгом, являются причиной более 90% потери слуха.
Большинство млекопитающих и птиц обладают способностью автоматически заменять потерянные или поврежденные волосковые клетки, но у людей этого не происходит. Когда мы теряем волосковые клетки, кажется, что потеря слуха необратима.
Производство волосковых клеток в улитке во время развития эмбриона - это высокоорганизованный и сложный процесс, требующий точного времени и местоположения.
Процесс начинается, когда незрелые клетки внешней улитки превращаются в полностью сформированные волосковые клетки.
От внешней улитки упорядоченная трансформация затем продолжается как волна вдоль внутренней оболочки спирали, пока не достигнет самой внутренней области.
Хотя ученые многое узнали об образовании волосковых клеток, молекулярные сигналы, которые контролируют «точное формирование клеточного паттерна», остались неясными.
Каким образом сигналы заставляют нужную часть процесса происходить в нужное время, чтобы «способствовать слуховой сенсорной дифференциации и инструктировать ее градуированный паттерн?»
Сигнальные белки и градиенты
Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, Доцльхофер и ее коллеги изучали развитие улитки у эмбрионов мыши. Они исследовали сигнальные белки, которые играют роль в формировании волосковых клеток в развивающейся улитке.
Их внимание привлекли два белка, которые исследовали исследователи: активин А и фоллистатин.
Они увидели, как уровни двух белков изменяются во время трансформации клеток-предшественников в зрелые волосковые клетки внутри спирали улитки.
Уровни белка, по-видимому, варьировались в зависимости от времени и места развития паттерна.
Уровни активина А были низкими в самой внешней части улитки, когда незрелые клетки начали развиваться в волосковые клетки, и высокими в самой внутренней части спирали, где незрелые клетки еще не начали трансформироваться.
Авторы называют такие изменения уровня белка от высокого к низкому как сигнальные градиенты.
«Сигнальные градиенты играют фундаментальную роль в контроле роста и дифференциации во время эмбрионального развития», - отмечают они.
Два белка «работают противоположным образом».
В то время как сигнальный градиент активина А шел в одну сторону, двигаясь волной, уходящей внутрь, сигнальный градиент фоллистатина шел в другую сторону, как волна, движущаяся наружу.
«В природе мы знали, что активин А и фоллистатин действуют противоположным образом, регулируя клетки», - объясняет Дотцльхофер.
Эти данные, по-видимому, предполагают, что два белка контролируют точное и деликатное развитие волосковых клеток вдоль спирали улитки, уравновешивая друг друга.
Дальнейшие исследования с использованием как нормальных мышей, так и мышей, полученных с помощью генной инженерии, подтвердили это предположение.
Повышение уровня активина А в улитке нормальных мышей приводит к слишком быстрому созреванию волосковых клеток.
И наоборот, волосковые клетки сформировались слишком поздно у мышей, созданных с помощью генной инженерии, которые либо продуцировали слишком много фоллистатина, либо вообще не продуцировали активин А. Результатом стал неорганизованный узор волосковых клеток внутри спирали улитки.
«Действие активина А и фоллистатина настолько точно рассчитано во время развития, что любое нарушение может негативно повлиять на организацию улитки».
Анжелика Дёцльхофер, доктор философии
Дёцльхофер предполагает, что полученные данные могут привести к новым методам восстановления слуха, который ухудшается из-за потери волосковых клеток.
