Odkrycie białka może zaowocować nowymi metodami leczenia ubytków słuchu
W nowym badaniu genetycznym na myszach zidentyfikowano dwa białka, które pomagają organizować rozwój komórek rzęsatych, które odbierają fale dźwiękowe w uchu wewnętrznym.
Naukowcy z Johns Hopkins School of Medicine w Baltimore, MD uważają, że ich odkrycia mogą być kluczem do odwrócenia utraty słuchu spowodowanej uszkodzeniem komórek rzęsatych.
Niedawny artykuł w czasopiśmie eLife zawiera pełny opis śledztwa.
„Naukowcy z naszej dziedziny” - mówi dr Angelika Doetzlhofer, profesor neuronauki w Johns Hopkins - „od dawna szukają sygnałów molekularnych, które wyzwalają tworzenie się komórek włoskowatych, które odbierają i przekazują dźwięk”.
„Te komórki rzęsate odgrywają główną rolę w utracie słuchu, a wiedza o tym, jak się rozwijają, pomoże nam znaleźć sposoby na zastąpienie uszkodzonych komórek włoskowatych” - dodaje.
U ssaków zdolność słyszenia zależy od dwóch typów komórek, które wykrywają dźwięk: wewnętrznych i zewnętrznych komórek rzęsatych.
Oba typy komórek rzęsatych wyściełają wnętrze ślimaka, spiralne zagłębienie w uchu wewnętrznym. Komórki rzęsate tworzą wyraźny wzór składający się z trzech rzędów komórek zewnętrznych i jednego rzędu komórek wewnętrznych.
Komórki wyczuwają fale dźwiękowe, gdy przemieszczają się po strukturze przypominającej muszlę i przekazują informacje do mózgu.
Rozwój i utrata komórek włoskowatych
Problemy z komórkami rzęsatymi i nerwami łączącymi je z mózgiem są odpowiedzialne za ponad 90% utraty słuchu.
Większość ssaków i ptaków ma zdolność automatycznego zastępowania utraconych lub uszkodzonych komórek rzęsatych, ale tak się nie dzieje u ludzi. Gdy stracimy komórki rzęsate, wydaje się, że utrata słuchu jest nieodwracalna.
Wytwarzanie komórek rzęsatych w ślimaku podczas rozwoju zarodka jest wysoce zorganizowanym i skomplikowanym procesem obejmującym precyzyjny czas i lokalizację.
Proces rozpoczyna się, gdy niedojrzałe komórki w ślimaku zewnętrznym przekształcają się w w pełni uformowane komórki rzęsate.
Z zewnętrznego ślimaka uporządkowana transformacja przebiega następnie jak fala wzdłuż wewnętrznej wyściółki spirali, aż dotrze do najbardziej wewnętrznego obszaru.
Chociaż naukowcy odkryli wiele na temat tworzenia się komórek włoskowatych, sygnały molekularne kontrolujące „precyzyjne wzorce komórkowe” pozostały niejasne.
W jaki sposób sygnały powodują, że właściwa część procesu zachodzi we właściwym czasie, aby „promować zróżnicowanie sensoryczne słuchu i instruować jego stopniowany wzorzec?”
Sygnalizacja białek i gradientów
Aby spróbować odpowiedzieć na to pytanie, Doetzlhofer i jej współpracownicy zbadali rozwój ślimaka w zarodkach myszy. Zbadali białka sygnalizacyjne, które odgrywają rolę w tworzeniu się komórek włoskowatych w rozwijającym się ślimaku.
Uwagę przykuły dwa z badanych przez naukowców białek: aktywina A i folistatyna.
Zobaczyli, jak zmieniały się poziomy tych dwóch białek podczas transformacji komórek prekursorowych w dojrzałe komórki rzęsate wzdłuż wewnętrznej strony spirali ślimakowej.
Poziomy białka wydawały się zmieniać w zależności od czasu i lokalizacji wzorca rozwoju.
Poziomy aktywiny A były niskie w najbardziej zewnętrznej części ślimaka, gdy niedojrzałe komórki zaczęły przekształcać się w komórki rzęsate, a wysokie w najbardziej wewnętrznej części spirali, gdzie niedojrzałe komórki nie zaczęły się jeszcze przekształcać.
Autorzy określają takie zmiany poziomu białka od wysokiego do niskiego jako gradienty sygnalizacyjne.
„Gradienty sygnalizacyjne odgrywają podstawową rolę w kontrolowaniu wzrostu i różnicowania podczas rozwoju embrionalnego” - zauważają.
Te dwa białka „działają w odwrotny sposób”
Podczas gdy gradient sygnalizacyjny Activin A szedł w jedną stronę, poruszając się w fali, która weszła do wewnątrz, gradient sygnalizacyjny folistatyny poszedł w drugą stronę, jak fala poruszająca się na zewnątrz.
„W naturze wiedzieliśmy, że aktywina A i folistatyna działają w przeciwny sposób, regulując komórki” - wyjaśnia Doetzlhofer.
Odkrycia te wydają się sugerować, że te dwa białka kontrolują precyzyjny i delikatny rozwój komórek rzęsatych wzdłuż spirali ślimakowej poprzez wzajemne równoważenie.
Dalsze badania na myszach normalnych i genetycznie zmodyfikowanych potwierdziły ten pogląd.
Zwiększenie Aktywiny A w ślimakach normalnych myszy spowodowało, że komórki rzęsate dojrzewały zbyt wcześnie.
I odwrotnie, komórki rzęsate tworzyły się zbyt późno u zmodyfikowanych genetycznie myszy, które albo produkowały zbyt dużo folistatyny, albo wcale nie wytwarzały Aktywiny A. Rezultatem był zdezorganizowany wzór komórek rzęsatych wewnątrz spirali ślimakowej.
„Działanie aktywiny A i folistatyny jest tak precyzyjnie zaplanowane w czasie rozwoju, że wszelkie zaburzenia mogą negatywnie wpłynąć na organizację ślimaka”.
Dr Angelika Doetzlhofer
Doetzlhofer sugeruje, że odkrycia mogą zaowocować nowymi metodami przywracania słuchu, który zostaje osłabiony z powodu utraty komórek włoskowatych.
