В новом исследовании, опубликованном в журнале Developmental Cell, ученые из Университета Южной Калифорнии (USC) определили естественный барьер для регенерации сенсорных клеток внутреннего уха, которые исчезают при нарушениях слуха и равновесия.
Результаты исследования
Во внутреннем ухе орган слуха, которым является улитка, содержит 2 основных типа сенсорных клеток: волосковые клетки, которые имеют волоскоподобные клеточные выступы, принимающие звуковые колебания; и так называемые поддерживающие клетки, которые играют важные структурные и функциональные роли.
Когда нежные волосковые клетки повреждаются вследствии громких звуков, лекарственных препаратов или других вредных веществ, это приводит к необратимой потере слуха у старых млекопитающих. Однако в течение первых нескольких дней жизни лабораторные мыши сохраняют способность опорных клеток превращаться в волосковые клетки посредством процесса, известного как трансдифференцировка, позволяющего восстанавливаться после потери слуха. К недельному возрасту мыши теряют эту способность к регенерации, которая также теряется у людей, вероятно, еще до рождения.
Основываясь на этих наблюдениях, ученые внимательно изучили неонатальные изменения, из-за которых поддерживающие клетки теряют свой потенциал к трансдифференцировке. В поддерживающих клетках имеются сотни генов, которые управляют трансдифференцировкой в волосковых клетках. Чтобы включать и выключать гены, организм полагается на активирующие и ингибирующие молекулы, которые украшают белки, известные как гистоны. В ответ на эти украшения, известные как эпигенетические модификации, гистоновые белки оборачивают ДНК в каждое клеточное ядро, контролируя, какие гены включаются, будучи неплотно обернутыми и доступными, и какие выключаются, будучи плотно обернутыми и недоступными. Таким образом, эпигенетические модификации регулируют активность генов и контролируют новые свойства генома.
В поддерживающих клетках улитки новорожденных мышей ученые обнаружили, что гены волосковых клеток подавлялись как из-за отсутствия активирующей молекулы H3K27ac, так и из-за присутствия ингибирующей молекулы H3K27me3. Однако в то же время в поддерживающих клетках новорожденных мышей гены волосковых клеток сохранялись «примированными» для активации за счет присутствия еще иного декорирования гистонов, H3K4me1. Во время трансдифференцировки поддерживающей клетки в волосковую клетку присутствие H3K4me1 имеет решающее значение для активации правильных генов для развития волосковых клеток.
К сожалению, с взрослением мышей поддерживающие клетки улитки постепенно утрачивали H3K4me1, заставляя их выходить из примированного состояния. Однако, если ученые добавили лекарственное вещество для предотвращения потери H3K4me1, поддерживающие клетки оставались временно подготовленными для трансдифференцировки. Сходным образом клетки вестибулярной системы, которые естественным образом поддерживают H3K4me1, все еще были примированы для трансдифференцировки во взрослую жизнь.
Практическая значимость работы
Преодоление этого барьера может быть первым шагом на пути к возвращению клеток внутреннего уха в состояние, подобное новорожденному, которое готово к регенерации. Исследователи надеются, что их открытие поможет разработать новые методы генной инженерии, которые могут быть использованы для реализации той же регенеративной способности, которая присутствует в эмбриональных клетках внутреннего уха.
Результаты исследования открывают возможность использования терапевтических препаратов, редактирования генов или других стратегий для внесения эпигенетических модификаций, которые задействуют скрытую регенеративную способность клеток внутреннего уха как способ восстановления слуха. Подобные эпигенетические модификации могут также оказаться полезными в других не регенерирующих тканях, таких как сетчатка, почки, легкие и сердце.
Авторы другого исследования обнаружили, что между нарушением слуха и COVID-19 наблюдается сильная связь.
