Генетическое исследование раскрывает механизм регенерации слуха у рыб и ящериц
Исследование USC Stem Cell, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, выявило ключевые генетические регуляторы, которые позволяют некоторым оглохшим животным — рыбам и ящерицам — естественным образом восстанавливать слух. Эти данные могут направить будущие усилия по стимуляции регенерации сенсорных слуховых клеток у пациентов с потерей слуха и нарушениями равновесия.
Исследование сосредоточено на двух типах клеток внутреннего уха: сенсорных клетках, которые обнаруживают звук, и поддерживающих клетках, которые создают среду для их функционирования.
У высокорегенеративных видов, таких как рыбы и ящерицы, поддерживающие клетки также могут превращаться в замещающие сенсорные клетки после повреждения — способность, отсутствующая у людей, мышей и других млекопитающих.
Чтобы понять этот процесс, учёные определили, как гены, обычно активные только в сенсорных клетках, могут быть повторно активированы в поддерживающих клетках регенеративных видов.
Для этого они изучили, как упакован геном в сенсорных и поддерживающих клетках внутреннего уха регенеративных рыбок данио и зелёных анолисов. Затем они сравнили регуляторные элементы ДНК для сенсорных генов у этих видов с таковыми у мышей, которые не могут заменять сенсорные слуховые клетки после повреждения.
«Сравнивая два разных регенеративных позвоночных — рыбок данио и ящериц — с нерегенеративными, такими как мыши, мы обнаружили нечто фундаментальное для процесса замены сенсорных клеток и восстановления слуха», — сказал соавтор Гейдж Крамп.
Эксперименты выявили класс регуляторных элементов ДНК, известных как «энхансеры», которые после повреждения усиливают выработку белка ATOH1. Этот белок, в свою очередь, запускает каскад генов, необходимых для образования сенсорных клеток внутреннего уха.
Используя инструмент редактирования генов CRISPR, учёные удалили пять таких энхансеров у рыбок данио. Это нарушило как формирование сенсорных слуховых клеток во время развития, так и их регенерацию после повреждения.
«Удаление отдельных энхансеров чаще всего не имеет большого эффекта. Но, воздействуя на все пять энхансеров у рыбок данио, мы обнаружили их критическую роль как в развитии, так и в регенерации», — отметил Крамп.
Интересно, что хотя у рыбок данио есть тот же тип сенсорных клеток в специализированном органе боковой линии (чувствует течение и давление воды), генетические делеции повлияли только на клетки их внутреннего уха.
Исследователи обнаружили, что у мышей есть эквивалентные энхансеры, активные во время эмбрионального развития в клетках-предшественниках, дающих начало сенсорным и поддерживающим клеткам внутреннего уха. Однако только регенеративные виды, такие как рыбы и ящерицы, сохраняют эти энхансеры в «открытой» конфигурации в своих поддерживающих клетках во взрослом возрасте, что сохраняет их способность заменять повреждённые сенсорные клетки.
«Мы обнаружили, что у регенеративных позвоночных родственные типы клеток сохраняют открытые энхансеры от стадии развития до взрослого состояния, что позволяет этим клеткам заменять друг друга после повреждения», — пояснил Крамп.
«В будущем целенаправленные стратегии по «открытию» этих энхансеров во внутреннем ухе человека можно будет использовать для усиления наших естественных регенеративных способностей и обращения вспять глухоты».