研究人員探索內(nèi)耳的潛在再生潛能

來(lái)自南加州大學(xué) Neil Segil 干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們已經(jīng)確定了內(nèi)耳感覺(jué)細(xì)胞再生的天然屏障，這些細(xì)胞因聽(tīng)力和平衡障礙而喪失。正如在Developmental Cell 上發(fā)表的一項(xiàng)新研究所述，克服這一障礙可能是使內(nèi)耳細(xì)胞恢復(fù)到為再生做好準(zhǔn)備的新生兒狀態(tài)的第一步。

“永久性聽(tīng)力損失影響到超過(guò) 60% 的達(dá)到退休年齡的人口，”干細(xì)胞生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)系以及南加州大學(xué)蒂娜和里克卡魯索耳鼻喉科 - 頭頸系教授 Segil 說(shuō)外科手術(shù)。“我們的研究提出了新的基因工程方法，可用于引導(dǎo)胚胎內(nèi)耳細(xì)胞中存在的某些相同的再生能力。”

在內(nèi)耳中，聽(tīng)覺(jué)器官，也就是耳蝸，包含兩種主要類(lèi)型的感覺(jué)細(xì)胞：“毛細(xì)胞”，具有毛狀細(xì)胞突起，可以接收聲音振動(dòng);以及發(fā)揮重要結(jié)構(gòu)和功能作用的所謂“支持細(xì)胞”。

當(dāng)脆弱的毛細(xì)胞受到巨大噪音、某些處方藥或其他有害物質(zhì)的損害時(shí)，老年哺乳動(dòng)物的聽(tīng)力損失將是永久性的。然而，在生命的最初幾天，實(shí)驗(yàn)室小鼠保留了支持細(xì)胞通過(guò)稱(chēng)為“轉(zhuǎn)分化”的過(guò)程轉(zhuǎn)化為毛細(xì)胞的能力，從而使聽(tīng)力損失恢復(fù)。到一周大時(shí)，老鼠失去了這種再生能力——人類(lèi)也失去了，可能在出生之前。

基于這些觀察，博士后學(xué)者陶立濤博士、研究生 Haoze (Vincent) Yu 和他們的同事們仔細(xì)研究了導(dǎo)致支持細(xì)胞失去轉(zhuǎn)分化潛力的新生兒變化。

在支持細(xì)胞中，指示轉(zhuǎn)分化為毛細(xì)胞的數(shù)百個(gè)基因通常被關(guān)閉。為了打開(kāi)和關(guān)閉基因，身體依靠激活和抑制分子來(lái)裝飾稱(chēng)為組蛋白的蛋白質(zhì)。為了響應(yīng)這些被稱(chēng)為“表觀遺傳修飾”的裝飾，組蛋白將 DNA 包裹到每個(gè)細(xì)胞核中，控制哪些基因通過(guò)松散包裹和可訪問(wèn)而“開(kāi)啟”，哪些基因通過(guò)緊密包裹和關(guān)閉而“關(guān)閉”無(wú)法訪問(wèn)。通過(guò)這種方式，表觀遺傳修飾調(diào)節(jié)基因活性并控制基因組的新興特性。

在新生小鼠耳蝸的支持細(xì)胞中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)毛細(xì)胞基因因缺乏激活分子 H3K27ac 和抑制分子 H3K27me3 的存在而受到抑制。然而，與此同時(shí)，在新生小鼠的支持細(xì)胞中，毛細(xì)胞基因被一種不同的組蛋白修飾 H3K4me1 保持“準(zhǔn)備”激活。在支持細(xì)胞向毛細(xì)胞轉(zhuǎn)分化過(guò)程中，H3K4me1 的存在對(duì)于激活毛細(xì)胞發(fā)育的正確基因至關(guān)重要。

不幸的是，隨著年齡的增長(zhǎng)，耳蝸的支持細(xì)胞逐漸失去 H3K4me1，導(dǎo)致它們退出啟動(dòng)狀態(tài)。然而，如果科學(xué)家們添加一種藥物來(lái)防止 H3K4me1 的丟失，支持細(xì)胞仍會(huì)暫時(shí)為轉(zhuǎn)分化做好準(zhǔn)備。同樣，來(lái)自前庭系統(tǒng)的支持細(xì)胞自然維持 H3K4me1，仍準(zhǔn)備轉(zhuǎn)分化為成年期。

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