Слуховий сенсорний епітелій ссавців — один із найбільш стереотипних прикладів сенсорних моделей, відомих у хребетних тварин. Механо-сенсорні волоскові клітини розміщені чіткими рядами, з одним рядом внутрішніх і трьома рядами зовнішніх волоскових клітин, та охоплюють всю довжину спірального сенсорного епітелію. Рівномірна структурованість клітинної архітектоніки забезпечує точність диференціації слухового сенсорного епітелію та має надзвичайно виражений поздовжній градієнт. Молекулярні сигнали, які сприяють слуховій сенсорній диференціації та визначають її градації, донині недостатньо вивчені.
У нещодавньому дослідженні вченими Медичної школи Університету Джонса Хопкінса (Johns Hopkins University School of Medicine), США, застосовуючи генетичні інструменти в експерименті з лабораторними тваринами, ідентифіковано два протеїни, які контролюють онтогенез кохлеарних волоскових клітин. Здатність цих білків регулювати зазначені процеси може відкрити нові можливості лікування щодо відновлення слуху. Результати дослідження опубліковано у виданні «eLife» 12 червня 2019 р.
Молекулярні тригери активації волоскових клітин
Пояснюючи актуальність вибраної тематики, керівник наукового проекту Ангеліка Доцльхофер (Angelika Doetzlhofer), доцент нейробіології Медичної школи Університету Джонса Хопкінса, зазначила, що пошук молекулярних сигналів, які ініціюють процеси онтогенезу волоскових клітин — головних акцепторів і трансформаторів звукових сигналів у нервові імпульси — розпочато давно. Ці клітини відіграють центральну роль у процесах порушення і втрати слуху, тому краще розуміння механізмів їх розвитку могло би допомогти у пошуках способів заміни пошкоджених сенсорних клітин.
Близько 90% випадків генетичних патологій, що супроводжуються втратою слуху, спричинені пошкодженням волоскових клітин чи слухових нервів. Втрата слуху внаслідок впливу звуків надмірної гучності або в результаті вірусного інфекційно-запального процесу також супроводжується пошкодженнями волоскових клітин. Проте, на відміну від інших ссавців та птахів, волоскові клітини людини не здатні регенерувати. Тому імовірність пожиттєвої втрати слуху після їх пошкодження достатньо висока.
Відомо, що зародження сенсорних клітин розпочинається в зовнішній ділянці кохлеарної спіралі, де клітини-попередники починають трансформуватися у волоскові клітини. У подальшому трансформаційні зміні поступово досягають внутрішньої частини спіралі. Спираючись у своїй роботі на просторові особливості процесів клітинного розвитку та диференціації, дослідники провели покроковий детальний аналіз молекулярних сигналів. При оцінці широкого спектра протеїнів автори виявили, що структура двох із них – активіну А та фолістатину — значно відрізнялася від характеристик інших. Вздовж кохлеарної спіралі рівні активіну А зростали в ділянках активної трансформації клітин-попередників у волоскові клітини. Натомість фолістатин мав, імовірно, протилежне функціональне спрямування: його рівні були максимально низькими в ділянках зовнішньої частини кохлеарної спіралі та, навпаки — найвищими у внутрішніх її локусах, де попередники сенсорних клітин перебували в неактивному стані. На думку дослідників, сигнальні хвилі цих молекулярних тригерів були перехресними і протилежно спрямованими.
Активін А і фолістатин: центральні регулятори клітинної диференціації
Таким чином, за результатами роботи ідентифіковано активін А та його антагоніст фолістатин як ключові регулятори диференціації волоскових клітин. Крім того, застосовуючи генетичні експериментальні методи, автори продемонстрували, що локальний градієнт передачі сигналів активіну А слухового сенсорного епітелію зростає відповідно до поздовжнього градієнта диференціації волоскових клітин. Також отримано докази відносно того, що передача сигналів, зумовлених активіном А, регулює радіальний градієнт термінального мітозу в межах слухового сенсорного епітелію. Це, за висновками авторів, представляє новий механізм обмеження популяції внутрішніх сенсорних клітин.
Висновки та клінічний коментар
Розглядаючи детальніше механізм надмірної продукції фолістатину та пов’язаної з цим дезорганізації розвитку внутрішніх сенсорних клітин, дослідники виявили, що надмірне зростання рівня зазначеного протеїну сприяло переактивації мітозу клітин — попередників, зумовлюючи невпорядкований характер подальшої диференціації у волоскові клітини. А. Доцльхофер відзначила: «Сигнальні впливи активіну А та фолістатину неймовірно точно розраховані протягом онтогенезу, тому будь-які мінімальні порушення можуть негативно змінювати розвиток структурної організації спірального органа. Такий процес можна порівняти зі спорудженням будинку: якщо фундамент закладено невірно, це вплине на якість подальшого будівництва».
Підсумовуючи результати дослідження, автори відзначили свою заінтересованість у подальшому вивченні фундаментальних механізмів онтогенезу клітин сенсорного епітелію слухового аналізатора. Також вчені висловили сподівання щодо практичної реалізації отриманих нових знань у методах аудіореабілітації та відновлення слуху для реальних пацієнтів.
Долучайтеся до нас у Viber-спільноті, Telegram-каналі, Instagram, на сторінці Facebook, а також Twitter, щоб першими отримувати найсвіжіші та найактуальніші новини зі світу медицини.
- Johns Hopkins Medicine (2019) Researchers find proteins that might restore damaged sound-detecting cells in the ear. ScienceDaily, Aug. 5.
- Prajapati-DiNubila M., Benito-Gonzalez A., Jennifer Golden E. et al. (2019) A counter gradient of Activin A and follistatin instructs the timing of hair cell differentiation in the murine cochlea. eLife, Jun. 12. DOI: 10.7554/eLife.47613.
Наталія Савельєва-Кулик
