Единственный фактор запускает программу развития уха на ранних стадиях

Исследование под руководством учёных из King's College London, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что один фактор — белок-кодирующий ген Sox8 — может заставлять клетки, не предназначенные для формирования уха, приобретать ушные характеристики во время эмбрионального развития. Результаты не только демонстрируют, как регулируются решения о судьбе клеток в эмбрионе, но также могут помочь в разработке стратегий репрограммирования и регенерации при пороках развития уха.

Внутреннее ухо, ответственное за слух и равновесие, критически важно для коммуникации с окружающей средой. У людей пороки развития уха имеют пожизненные последствия, а возрастные нарушения слуха затрагивают большую часть населения. В настоящее время не существует терапий с использованием биологических подходов — только слуховые аппараты или кохлеарные импланты, поскольку процесс нормального развития уха до конца не изучен, а многие контролирующие факторы плохо охарактеризованы.

Исследователи изучили самые ранние этапы развития уха, чтобы определить, что заставляет клетки становиться ушными и чем они отличаются от клеток, формирующих другие органы чувств.

"Развитие уха — увлекательный процесс, и наши результаты представляют собой фундаментальную ступеньку для понимания того, как мультипотентные клетки-предшественники становятся окончательными ушными клетками в ходе нормального развития и какие процессы нарушаются при заболеваниях", — сказала ведущий автор исследования доктор Айлин Летисия Буцци.

Взрослое внутреннее ухо имеет очень сложную анатомию. Оно содержит множество различных типов клеток, таких как сенсорные волосковые клетки, которые получают звуковую и вестибулярную информацию из внешнего мира и преобразуют её в электрический сигнал, передаваемый в мозг нейронами улитково-вестибулярного ганглия. Опорные клетки помогают волосковым, а другие клетки специализируются на поддержании правильного состава жидкостей внутреннего уха.

Несмотря на эту сложность, во время эмбрионального развития ухо формируется из простого пласта клеток, который сначала создаёт везикулу (пузырёк), постепенно преобразующуюся во взрослую структуру. При этом разные типы клеток дифференцируются в нужном месте и в нужное время. Этот процесс невероятно сложен и требует координации множества различных процессов.

"Примечательно, что единственный транскрипционный фактор может активировать 'ушную программу' в клетках, которые в норме никогда не формируют ухо. Наши открытия могут проложить путь к репрограммированию любой клетки в ушную идентичность в будущем", — сказала профессор Андреа Штрайт, автор-корреспондент и руководитель Центра черепно-лицевой и регенеративной биологии.

Используя комбинацию методов от эмбриологических подходов до современных молекулярных методов, команда учёных идентифицировала единственный фактор, инициирующий ушную программу: транскрипционный фактор Sox8. Транскрипционные факторы регулируют другие гены, обеспечивая их экспрессию в нужных клетках в нужное время и в нужном количестве на протяжении жизни клетки и организма.

Экспрессия Sox8 в не-ушных клетках, которые в норме генерируют другие органы чувств, заставляет их формировать везикулы, похожие на ушные и имеющие генетический профиль, сходный с нормальными ушными везикулами. Более удивительно, что их можно найти не только рядом с нормальным ухом, но и по всей голове, и они способны генерировать нейроны, как нормальное ухо. Это ключевое открытие, поскольку впервые фактор не только индуцировал морфологические изменения, происходящие при нормальном формировании уха, но и активировал программу производства специализированных клеток уха: нейронов.

Будущие исследования должны определить, как именно работает Sox8 — в одиночку или с ко-факторами. Авторы надеются, что это откроет путь к репрограммированию других клеток в ушные и поможет в разработке регенеративных стратегий для пороков развития уха.