Onderzoekers van de National Institutes of Health hebben een specifiek netwerk van eiwitten ontdekt dat nodig is om het gehoor van zebravissen te herstellen door celregeneratie. De studie, geleid door onderzoekers van het National Human Genome Research Institute (NHGRI), kan de ontwikkeling van behandelingen voor gehoorverlies bij mensen mogelijk maken. De bevindingen zijn gepubliceerd in Cell Genomics .

Hoewel haarcelverlies bij mensen niet kan worden vervangen, kunnen veel dieren, waaronder zebravissen, het gehoor herstellen na een verwonding door de regeneratie van haarcellen. De regeneratieve eigenschappen van zebravishaarcellen hebben onderzoekers ertoe aangezet dit dier te gebruiken om een ​​aantal fundamentele eigenschappen van regeneratie te begrijpen.

Gehoorverlies treft ongeveer 37,5 miljoen Amerikanen, en de meeste gevallen komen van het verlies van gehoorreceptoren die bekend staan ​​als "haarcellen" in het binnenoor. Borstelharen die uit deze microscopisch kleine haarcellen steken, bewegen en buigen wanneer geluid onze oren binnenkomt, wat resulteert in elektrische signalen die door zenuwen en naar onze hersenen worden gestuurd, waardoor we geluid kunnen verwerken.

Mensen en zebravissen zijn visueel heel verschillend, maar op genomisch niveau delen ze meer dan 70% van hun genen. Deze genomische overeenkomst biedt onderzoekers de mogelijkheid om de biologie van celregeneratie bij zebravissen te begrijpen voordat ze de bevindingen naar mensen vertalen.

Erin Jimenez, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Shawn Burgess, Ph.D., senior onderzoeker in de Translational and Functional Genomics Branch van het National Human Genome Research Institute (NHGRI), leidde het onderzoek in samenwerking met onderzoekers Ivan Ovcharenko , Ph.D., en Wei Song, Ph.D., bij het National Library of Medicine's National Center for Biotechnology Information.

"Mensen en andere zoogdieren worden geboren met een bepaald aantal haarcellen die langzaam verloren gaan door veroudering en trauma. Sommige dieren, zoals zebravissen, kunnen echter haarcellen regenereren en het gehoor herstellen na een blessure," zei Burgess. "Hoe en waarom regeneratie bij deze dieren plaatsvindt, blijft een mysterie dat veel wetenschappers zouden willen ontrafelen."

Met behulp van een combinatie van genomische technieken en computergestuurde machine learning ontdekten Jimenez en haar medewerkers dat de regeneratie van haarcellen bij zebravissen afhankelijk was van een netwerk van eiwitten die genen aan en uit kunnen zetten, ook wel transcriptiefactoren genoemd. Om goed te kunnen identificeren welke transcriptiefactoren een rol speelden, moesten de onderzoekers eerst kijken naar de enhancer-sequenties in het genoom van de zebravis.

Als transcriptiefactoren worden gezien als de sleutels die een auto aan- en uitzetten, zijn enhancer-sequenties de contactschakelaar van de auto. Beide delen moeten op elkaar inwerken om een ​​auto te laten rijden, net zoals transcriptiefactoren moeten binden aan specifieke versterkersequenties om een ​​gen tot expressie te brengen.

De onderzoekers gebruikten nieuwe genomische technieken genaamd single-cell RNA-sequencing en single-cell assay voor transposase-toegankelijk chromatine met behulp van sequencing om de enhancer-sequenties en hun corresponderende transcriptiefactoren te identificeren die een rol spelen bij de regeneratie van haarcellen.

"Onze studie identificeerde twee families van transcriptiefactoren die samenwerken om de regeneratie van haarcellen in de zebravis te activeren, Sox en Six transcriptiefactoren genaamd," zei Jimenez.

Ten eerste initiëren de Sox-transcriptiefactoren de regeneratiereactie in omringende cellen, steuncellen genoemd. Vervolgens werken de Sox en Six transcriptiefactoren samen om die steuncellen om te zetten in haarcellen.

Wanneer haarcellen in zebravissen afsterven, beginnen nabijgelegen steuncellen zich te repliceren. Deze steuncellen zijn als stamcellen vanwege hun vermogen om andere celtypen te worden. Onderzoekers hadden enkele van de factoren geïdentificeerd die steuncellen in haarcellen omzetten, maar wat niet werd begrepen, is hoe en waar de genen die voor die factoren coderen, worden geactiveerd en worden gecoördineerd met andere onbekende factoren.

"We hebben een unieke combinatie van transcriptiefactoren geïdentificeerd die regeneratie bij zebravissen veroorzaken. Verderop zou deze groep zebravistranscriptiefactoren een biologisch doelwit kunnen worden dat kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe therapie om gehoorverlies bij mensen te behandelen," Jimenez gezegd. + Verder verkennen

In het laboratorium gekweekte cochleaire organoïden maken screening op haarcelinducerende medicijnen mogelijk