Исследование геномики выявило уникальный набор белков, восстанавливающих слух у рыбок данио

Исследователи из Национальных институтов здравоохранения (NIH) обнаружили специфическую сеть белков, необходимую для восстановления слуха у рыбок данио посредством регенерации клеток. Исследование, проведённое учёными из Национального исследовательского института генома человека (NHGRI), может способствовать разработке методов лечения потери слуха у людей. Результаты опубликованы в Cell Genomics.

Хотя утрата волосковых клеток у людей невосполнима, многие животные, включая рыбок данио, могут восстанавливать слух после повреждения за счёт регенерации этих клеток. Регенеративные свойства волосковых клеток данио побудили исследователей использовать эту модель для понимания фундаментальных свойств регенерации.

Потеря слуха затрагивает около 37,5 миллионов американцев, и в большинстве случаев она вызвана утратой слуховых рецепторов — «волосковых клеток» во внутреннем ухе. Микроскопические выступы (стереоцилии) на этих клетках двигаются и изгибаются, когда звук попадает в уши, что приводит к генерации электрических сигналов, передаваемых через нервы в мозг для обработки звука.

Люди и рыбки данио визуально сильно отличаются, но на геномном уровне они разделяют более 70% генов. Это геномное сходство даёт исследователям возможность изучить биологию регенерации клеток у данио, чтобы впоследствии применить эти знания к человеку.

Исследование под руководством Эрин Хименес, доктора философии, проводилось в лаборатории Шона Бёрджесса, доктора философии, в Отделе трансляционной и функциональной геномики NHGRI, в сотрудничестве с исследователями Иваном Овчаренко и Вэй Сон из Национального центра биотехнологической информации.

«Люди и другие млекопитающие рождаются с фиксированным числом волосковых клеток, которые постепенно теряются из-за старения и травм. Однако некоторые животные, такие как рыбки данио, могут регенерировать волосковые клетки и восстанавливать слух после повреждения. Как и почему это происходит у этих животных, остаётся загадкой, которую многие учёные хотели бы разгадать», — сказал Бёрджесс.

Используя комбинацию геномных методов и машинного обучения, Хименес и её коллеги обнаружили, что регенерация волосковых клеток у данио зависит от сети белков, которые могут включать и выключать гены, — так называемых транскрипционных факторов. Чтобы точно определить, какие факторы задействованы, исследователям сначала пришлось изучить энхансерные последовательности в геноме данио.

Если транскрипционные факторы — это «ключи», которые заводят и глушат машину, то энхансерные последовательности — это «замок зажигания». Обе части должны взаимодействовать, чтобы машина заработала, подобно тому, как транскрипционные факторы должны связаться со специфическими энхансерами для экспрессии гена.

Исследователи использовали новые геномные методы — single-cell RNA sequencing и single-cell ATAC-seq — для идентификации энхансерных последовательностей и соответствующих им транскрипционных факторов, играющих роль в регенерации волосковых клеток.

«Наше исследование выявило два семейства транскрипционных факторов, которые совместно активируют регенерацию волосковых клеток у данио, — это факторы Sox и Six», — сказала Хименес.

Сначала факторы Sox инициируют регенеративный ответ в окружающих клетках, называемых поддерживающими клетками. Затем факторы Sox и Six кооперируются, чтобы превратить эти поддерживающие клетки в волосковые.

Когда волосковые клетки у данио погибают, близлежащие поддерживающие клетки начинают делиться. Эти клетки подобны стволовым из-за своей способности превращаться в другие типы клеток. Ранее были идентифицированы некоторые факторы, конвертирующие поддерживающие клетки в волосковые, но оставалось неясным, как и где включаются гены, кодирующие эти факторы, и как они координируются с другими неизвестными факторами.

«Мы идентифицировали уникальную комбинацию транскрипционных факторов, запускающих регенерацию у данио. В перспективе эта группа факторов может стать биологической мишенью для разработки новой терапии для лечения потери слуха у людей», — отметила Хименес.