Einstimmen auf Zellsignale, die sagen, wo sich Sinnesorgane im Ohr bilden werden

Einstimmen auf Zellsignale, die sagen, wo sich Sinnesorgane im Ohr bilden werden
Einstimmen auf Zellsignale, die sagen, wo sich Sinnesorgane im Ohr bilden werden
Anonim

Forscher haben einen Zell-zu-Zell-Signalweg aufgespürt, der den zukünftigen Ort der Sinnesorgane des Ohrs in embryonalen Mäusen bestimmt. Den Wissenschaftlern gelang es, dieses Signal breiter über das embryonale Gewebe, das zum Innenohr wird, zu aktivieren. Patches von sensorischen Strukturen begannen an Stellen zu wachsen, wo sie normalerweise nicht erscheinen.

Die Strukturen enthielten büschelige Zellen, Haarzellen genannt, die auf Schallwellen und andere Empfindungen reagieren, und zusätzliche Nervenzellen, die Klänge verstärken oder codieren, damit das Gehirn sie interpretieren kann.

Die Ergebnisse legen einen Weg für weitere Untersuchungen zur Wiederherstellung von Hörverlust durch Nervenschäden nahe.

Die Ergebnisse werden in der frühen Online-Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences von den Forschern Byron H. Hartman, Thomas Reh und Olivia Bermingham-McDonogh vom Department of Biological Structure an der University of Washington (UW) in Seattle. Alle drei sind Mitglieder des UW Institute for Stem Cells and Regenerative Medicine. Der leitende Autor, Bermingham-McDonogh, ist auch ein Partner des UW Virginia Merrill Bloedel Hearing Research Center.

"Mit zunehmendem Alter der Bevölkerung", sagte Bermingham-McDonogh, "gibt es ein großes Interesse daran, herauszufinden, wie wir die Sinneszellen des Innenohrs regenerieren können, die wir für unser Gehör und unser Gleichgewicht brauchen. Beides lässt mit zunehmendem Alter nach - wir werden schwerhörig und unsicher auf den Beinen - durch die vermehrte Zerstörung der Sinneszellen im Innenohr."

Das Ziel ihrer Forschung ist die Entwicklung von Wegen zur Wiederherstellung sensorischer Haarzellen im Innenohr bei Menschen, die sie aufgrund von Alter, übermäßigem Lärm oder anderen toxischen Schäden verloren haben. Die Haarzellen erholen sich nach ihrem Verlust nicht spontan, und im Innenohr von Säugetieren wurden keine adulten Stammzellen gefunden. Um einen Weg zu finden, die Bildung von Haarzellen im Ohr eines Erwachsenen wieder in Gang zu bringen, untersucht die Gruppe von Bermingham-McDonogh, wie Haarzellen überhaupt während der Entwicklung des Ohrs gebildet werden.

Die erste Phase der normalen Entwicklung von Haarzellen wird als prosensorische Spezifikation bezeichnet. Im wachsenden Embryo werden Regionen des ohrbildenden Gewebes ausgewählt, um zu den Innenohrorganen zu werden, die Geräusche wahrnehmen und unseren Gleichgewichtssinn ermöglichen. Diese Aktion ähnelt dem Graben des Fundaments eines Gebäudes. Alle nachfolgenden, komplexen Schritte beim Bau des Gebäudes erfordern ein solides Fundament.

Byron Hartman, ein Postdoktorand im Bermingham-McDonogh-Labor, fand heraus, dass ein Signalsystem namens Notch-Signalweg wichtig ist, um die Grundlage für die sensorischen Haarzellen des Innenohrs und die damit verbundenen unterstützenden Zellen zu legen.Die Forscher konnten den Notch-Signalweg in Regionen des Innenohrs aktivieren, die normalerweise niemals Haarzellen bilden würden, und diese Regionen in Flecken neuen Sinnesgewebes umwandeln. Mit anderen Worten, sie könnten die Bildung neuer Gebäudefundamente im gesamten Innenohr fördern. Sobald diese neuen sensorischen Patches hergestellt waren, wurden neue Haarzellen und Stützzellen in ihnen richtig produziert. Indem sie also mit dem Notch-Signal den Ball ins Rollen brachten, beobachteten die Forscher, dass der Rest der Entwicklungsprozesse korrekt folgte.

Notch-Proteine ​​überspannen die Innen- und Außenseite der Zellmembran. Sie sammeln Informationen an der Zelloberfläche und berichten an das Operationszentrum der Zelle, den Zellkern. Embryologen und Krebsforscher untersuchen den Notch-Signalweg seit vielen Jahren. In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler auf dem Gebiet der regenerativen Medizin damit begonnen, sich dieses wichtige regulatorische Signal zunutze zu machen, um Entwicklungsprozesse bei Erwachsenen wieder in Gang zu bringen.

"Die Notch-Signalgebung für die prosensorische Spezifikation scheint im reifen Innenohr nicht aktiv zu sein", stellten die UW-Forscher fest, "und dies könnte ihre mangelnde Fähigkeit erklären, neue Haarzellen zu regenerieren." Sie untersuchen nun Möglichkeiten, den Notch-Weg im Innenohr von Erwachsenen zu manipulieren, um zu sehen, ob dies die Haarzellenregeneration in den Hör- und Gleichgewichtsorganen stimuliert.

Wenn Wege gefunden werden könnten, bestimmte Notch-Signale bei Erwachsenen sicher neu zu starten, könnten Therapien entwickelt werden, um bestimmte Gewebe wie Nerven zu regenerieren und dadurch Schäden zu reparieren und verlorene Funktionen wie das Gehör wiederherzustellen. Vielleicht, so stellten sie fest, könnte dieses Wissen zu Ideen führen, wie dieser frühere Zustand im Ohr eines reifen Erwachsenen wiederhergestellt werden kann, um das erneute Wachstum der für das Hören entscheidenden Zellen zu stimulieren.

Die Forschung für „Notch signaling spezifiziert Prozessordomänen durch laterale Induktion des sich entwickelnden Säugetier-Innenohrs“wurde durch einen National Research Service Award und Stipendien des National Institute on Deafness and Other Communication und des National Eye Institute, beide Teil, unterstützt der National Institutes of He alth und Unterstützung durch das Lynn and Mike Garvey Cell Imaging Laboratory am UW Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine Research.

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