干细胞科学家探索内耳的潜在再生潜力

Corti器官

Corti器官,内耳的听觉器官,包含一排排感觉听觉细胞(绿色),周围是支持细胞(蓝色)。图片来源:Yassan Abdolazimi/Segil Lab/USC Stem Cell

科学家从Founded in 1880, the University of Southern California is one of the world's leading private research universities. It is located in the heart of Los Angeles.

">南加州大学尼尔·塞吉尔(Neil Segil)的干细胞实验室已经发现了内耳感觉细胞再生的天然屏障。内耳感觉细胞因听力和平衡失调而丧失。正如发表在《科学》杂志上的一项新研究所描述的那样,克服这一障碍可能是使内耳细胞返回为再生做好准备的新生状态的第一步发育细胞。

干细胞生物学和再生医学系以及南加州大学蒂娜和里克·卡鲁索耳鼻喉-头颈外科学系的教授Segil说:“永久性听力损失影响到超过60%的退休年龄人口。”yabo124“我们的研究表明,新的基因工程方法可以用来引导胚胎内耳细胞中同样的再生能力。”

在内耳中,是耳蜗的听力器官包含两种主要类型的感觉细胞:“毛细胞”具有接收声音振动的毛状细胞突起;所谓的“支持细胞”,它起到重要的结构和功能作用。

当精致的毛细胞引起大声噪音,某些处方药或其他有害药物时,所产生的听力损失是较老哺乳动物的永久性。然而,对于生命的前几天,实验室小鼠通过称为“转丝化”的方法保留支持细胞以转化为毛细胞的能力,允许从听力损失恢复。在一周的年龄,小鼠失去了这种再生能力 - 也会在人类身上丢失,可能在出生前。

基于这些观察,博士后学者Liao Tao,博士,研究生豪泽(文森特)yu,他们的同事仔细看着新生儿变化,导致支持细胞失去转移潜力的潜力。

在支持细胞中,通常关闭指示转化为毛细胞的数百个基因。为了打开和关闭基因,身体依赖于装饰称为组蛋白的蛋白质的激活和压抑分子。响应于已知为“表观遗传修饰”的这些装饰,组蛋白蛋白包裹着脱氧核糖核酸进入每个细胞核,通过松散包裹和接近控制哪些基因“打开”,哪些基因“关闭”通过紧密包裹和接近控制。通过这种方式,表观遗传修饰调节基因活性,控制基因组的突现特性。

在新生小鼠耳蜗的支持细胞中,科学家们发现毛细胞基因受到抑制,这是由于缺乏一种激活分子H3K27ac,以及抑制分子H3K27me3的存在。然而,与此同时,在新生小鼠的支持细胞中,毛细胞基因通过一种不同的组蛋白装饰H3K4me1的存在而被“准备”激活。在支持细胞向毛细胞的转分化过程中,H3K4me1的存在对激活毛细胞发育的正确基因至关重要。

不幸的是,随着年龄的增长,耳蜗的支持细胞逐渐失去H3K4me1,导致它们退出启动状态。然而,如果科学家们添加一种药物来防止H3K4me1的丢失,支持细胞将暂时保持为转分化做好准备。同样,前庭系统的支持细胞,自然维持H3K4me1,仍然准备转分化到成年。

“我们的研究提出了使用治疗药物,基因编辑或其他策略来制造表观遗传修饰的可能性,使内耳细胞的潜入再生能力作为恢复听力的方式,”SEGIL说。“类似的表观遗传修饰也可以证明在其他非再生组织中有用,例如视网膜,肾,肺和心脏。”

参考日期:2021年7月30日细胞发育
DOI: 10.1016 / j.devcel.2021.07.003

该研究的其他共同作者包括Juan Llamas,Talon Trecek,Xizi Wang和Zlatka Stojanova在Segil Lab在USC,Andrew K. Groves At Andrew K. Groves。

来自国家耳聋和其他通信障碍研究所(R01DC015829,R01DC014832,T32DC009975,F31DC017376)的联邦资助支持该项目的六十百分之六十。额外资金来自听证卫生基金会的听证恢复项目。