Новое исследование под руководством Кинга, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что один фактор (ген, кодирующий белок, известный как Sox8) может заставить неушные клетки принять характер уха во время развития эмбриона. Полученные данные не только демонстрируют, как решения о судьбе клеток регулируются у эмбриона, но также могут информировать о перепрограммировании и регенеративных стратегиях пороков развития уха.
Отвечая за чувство слуха и равновесия, внутреннее ухо критически важно для общения с окружающей средой. У людей пороки развития уха имеют пожизненные последствия, в то время как возрастные дефекты слуха затрагивают большую часть населения. В настоящее время не существует методов лечения, включающих биологические подходы — только слуховые аппараты или кохлеарные имплантаты, поскольку нормальное развитие уха до конца не изучено, а многие контролирующие факторы плохо охарактеризованы.
Исследователи с факультета стоматологии, оральных и черепно-лицевых наук Кингс в сотрудничестве с коллегами из Института Фрэнсиса Крика изучили самые ранние этапы развития уха, чтобы определить, что заставляет клетки становиться ушными клетками, и что отличает их от клеток.
«Развитие уха — это увлекательный процесс, и наши результаты обеспечивают фундаментальный трамплин для понимания того, как мультипотентные клетки-предшественники становятся дефинитивными клетками уха в процессе нормального развития и какие процессы нарушаются при заболеваниях», — говорит ведущий автор исследования д-р Айлин Летисия Буцци.
Внутреннее ухо взрослого человека имеет очень сложную анатомию. Он содержит множество различных типов клеток, таких как сенсорные волосковые клетки, которые получают звуковую информацию и информацию о равновесии из внешнего мира и преобразуют ее в электрический сигнал, который передается в мозг нейронами кохлеарно-вестибулярного ганглия. Вспомогательные клетки помогают волосковым клеткам выполнять свою роль, в то время как другие клетки специализируются на обеспечении правильного состава жидкостей внутреннего уха.
Несмотря на эту сложность, в процессе эмбрионального развития ухо развивается из простого слоя клеток, которые сначала образуют пузырек, который затем постепенно трансформируется во взрослую структуру. Пока это происходит, различные типы клеток дифференцируются в нужном месте и в нужное время. Это невероятно сложно и требует координации множества различных процессов.
«Примечательно, что один фактор транскрипции может активировать «программу уха» в клетках, которые в норме никогда не формируют ухо. Наши результаты могут проложить путь к перепрограммированию любой клетки на ухо в будущем», — сказала профессор Андреа Стрейт, автор-корреспондент и руководитель Центра черепно-лицевой и регенеративной биологии
Используя комбинацию различных методов, начиная от эмбриологических подходов и заканчивая современными молекулярными методами, команда Кинга идентифицировала единственный фактор, который инициирует программу уха: фактор транскрипции Sox8. Факторы транскрипции регулируют другие гены, чтобы убедиться, что они экспрессируются в нужных клетках в нужное время и в нужном количестве на протяжении всей жизни клетки и организма.
Экспрессия Sox8 в неушных клетках, которые в норме генерируют другие органы чувств, приводит к тому, что они образуют везикулы, которые выглядят как ушные везикулы и имеют генетический состав, сходный с нормальными ушными везикулами. Что еще более удивительно, их можно найти не только рядом с нормальным ухом, но и по всей голове, и они генерируют нейроны, как и нормальное ухо. Это ключевой вывод, поскольку впервые фактор не только вызывает морфологические изменения, происходящие при нормальном формировании уха, но также активирует программу производства специализированных типов клеток в ухе: нейронов.
Будущие исследования должны будут определить, как работает Sox8, и работает ли он сам по себе или в сочетании с кофакторами. Авторы надеются, что это приведет к перепрограммированию других клеток в клетки уха и даст информацию о регенеративной стратегии для пороков развития уха.
