Proteinfyndning kan leda till nya behandlingar med hörselnedsättning
En ny genetisk studie på möss har identifierat två proteiner som hjälper till att organisera utvecklingen av hårcellerna som tar upp ljudvågor i innerörat.
Forskare vid Johns Hopkins School of Medicine i Baltimore, MD, tror att deras resultat kan vara nyckeln till att vända hörselnedsättning som uppstår från skadade hårceller.
En ny artikel i tidskriften eLife ger en fullständig redogörelse för utredningen.
"Forskare inom vårt område", säger Angelika Doetzlhofer, Ph.D., docent i neurovetenskap vid Johns Hopkins, "har länge letat efter de molekylära signaler som utlöser bildandet av hårcellerna som känner och överför ljud."
"Dessa hårceller är en viktig aktör för hörselnedsättning, och att veta mer om hur de utvecklas hjälper oss att räkna ut sätt att ersätta hårceller som är skadade", tillägger hon.
Hos däggdjur är förmågan att höra beroende av två typer av celler som detekterar ljud: inre och yttre hårceller.
Båda typerna av hårceller sträcker sig inuti snäckan, en spiralformad ihålig i innerörat. Hårcellerna bildar ett distinkt mönster som består av tre rader av yttre celler och en rad av inre celler.
Cellerna känner av ljudvågor när de färdas ner den skalliknande strukturen och förmedlar informationen till hjärnan.
Utveckling och förlust av hårceller
Problem med hårceller och nerver som ansluter dem till hjärnan är ansvariga för mer än 90% av hörselnedsättningen.
De flesta däggdjur och fåglar har förmågan att automatiskt ersätta förlorade eller skadade hårceller, men detta händer inte hos människor. När vi väl tappat hårceller verkar det som att hörselnedsättning är irreversibel.
Produktionen av hårceller i cochlea under embryoutveckling är en mycket organiserad och invecklad process som involverar exakt timing och placering.
Processen börjar när omogna celler vid den yttre snäckan förvandlas till fullt formade hårceller.
Från den yttre snäckan fortsätter den ordnade omvandlingen som en våg längs spiralens inre foder tills den når det innersta området.
Även om forskare har upptäckt mycket om hårcellsbildning har de molekylära signalerna som styr den ”exakta cellulära mönstringen” förblivit oklara.
Hur får signalerna rätt del av processen att ske vid rätt tidpunkt för att "främja auditiv sensorisk differentiering och instruera dess graderade mönster?"
Signalproteiner och gradienter
För att försöka svara på frågan studerade Doetzlhofer och hennes kollegor cochleautveckling i musembryon. De undersökte signalproteiner som spelar en roll i hårcellsbildning i utvecklingen av snäckan.
Två av proteinerna som forskarna undersökte fångade deras uppmärksamhet: Activin A och follistatin.
De såg hur nivåerna av de två proteinerna förändrades under omvandlingen av föregångarceller till mogna hårceller längs insidan av cochlea-spiralen.
Proteinnivåerna tycktes variera beroende på tidpunkten och platsen för utvecklingsmönstret.
Activin A-nivåerna var låga vid den yttersta delen av snäckan när omogna celler började utvecklas till hårceller och höga i den innersta delen av spiralen, där omogna celler ännu inte hade börjat transformera.
Författarna hänvisar till sådana förändringar av hög till låg proteinnivå som signalgradienter.
"Signalgradienter spelar en grundläggande roll för att kontrollera tillväxt och differentiering under embryonal utveckling", noterar de.
De två proteinerna "fungerar på motsatta sätt"
Medan Activin A-signalgradienten gick en väg och rörde sig i en våg som gick inåt, gick follistatin-signalgradienten den andra vägen, som en våg som rör sig utåt.
"I naturen visste vi att Activin A och follistatin fungerar på motsatta sätt för att reglera celler", förklarar Doetzlhofer.
Dessa resultat tycks antyda att de två proteinerna kontrollerar den exakta och känsliga utvecklingen av hårceller längs cochlea-spiralen genom att balansera varandra.
Ytterligare undersökning med både normala och genetiskt modifierade möss bekräftade denna uppfattning.
Att öka Activin A i cochleas hos normala möss gjorde att hårceller mognade för tidigt.
Omvänt bildades hårceller för sent hos genetiskt modifierade möss som antingen producerade för mycket follistatin eller producerade inget Activin A alls. Resultatet var ett oorganiserat mönster av hårceller på insidan av cochlea-spiralen.
”Aktiviteten av Activin A och follistatin är så exakt tidsinställd under utvecklingen att varje störning kan påverka organisationen av cochlea negativt.”
Angelika Doetzlhofer, Ph.D.
Doetzlhofer föreslår att resultaten kan leda till nya behandlingar för att återställa hörseln som försämras på grund av förlust av hårceller.
