Eiwitontdekking zou kunnen leiden tot nieuwe behandelingen voor gehoorverlies
Een nieuwe genetische studie bij muizen heeft twee eiwitten geïdentificeerd die helpen bij het organiseren van de ontwikkeling van de haarcellen die geluidsgolven in het binnenoor opvangen.
Onderzoekers van de Johns Hopkins School of Medicine in Baltimore, MD, zijn van mening dat hun bevindingen de sleutel kunnen zijn tot het omkeren van gehoorverlies als gevolg van beschadigde haarcellen.
Een recent artikel in het tijdschrift eLife geeft een volledig verslag van het onderzoek.
"Wetenschappers in ons vakgebied", zegt Angelika Doetzlhofer, Ph.D., universitair hoofddocent neurowetenschappen bij Johns Hopkins, "zijn al lang op zoek naar de moleculaire signalen die de vorming van de haarcellen triggeren die geluid waarnemen en doorgeven."
"Deze haarcellen spelen een belangrijke rol bij gehoorverlies, en als we meer weten over hoe ze zich ontwikkelen, kunnen we manieren vinden om beschadigde haarcellen te vervangen", voegt ze eraan toe.
Bij zoogdieren is het vermogen om te horen afhankelijk van twee soorten cellen die geluid detecteren: binnenste en buitenste haarcellen.
Beide soorten haarcellijnen bekleden de binnenkant van het slakkenhuis, een spiraalvormige holte in het binnenoor. De haarcellen vormen een duidelijk patroon dat bestaat uit drie rijen buitenste cellen en een rij binnenste cellen.
De cellen voelen geluidsgolven terwijl ze door de schaalachtige structuur reizen en de informatie naar de hersenen overbrengen.
Ontwikkeling en verlies van haarcellen
Problemen met haarcellen en de zenuwen die ze met de hersenen verbinden, zijn verantwoordelijk voor meer dan 90% van het gehoorverlies.
De meeste zoogdieren en vogels hebben de mogelijkheid om automatisch verloren of beschadigde haarcellen te vervangen, maar dit gebeurt niet bij mensen. Zodra we onze haarcellen verliezen, lijkt gehoorverlies onomkeerbaar.
De productie van haarcellen in het slakkenhuis tijdens de ontwikkeling van het embryo is een zeer georganiseerd en ingewikkeld proces met een precieze timing en locatie.
Het proces begint wanneer onrijpe cellen in het buitenste slakkenhuis veranderen in volledig gevormde haarcellen.
Vanaf het buitenste slakkenhuis verloopt de ordelijke transformatie dan als een golf langs de binnenbekleding van de spiraal totdat deze het binnenste gebied bereikt.
Hoewel wetenschappers veel hebben ontdekt over de vorming van haarcellen, zijn de moleculaire signalen die de "precieze cellulaire patroonvorming" regelen, onduidelijk gebleven.
Hoe zorgen de signalen ervoor dat het juiste deel van het proces op het juiste moment plaatsvindt om "auditieve sensorische differentiatie te bevorderen en het graduele patroon ervan te instrueren?"
Signaalproteïnen en gradiënten
Om de vraag te beantwoorden, bestudeerden Doetzlhofer en haar collega's de cochleaire ontwikkeling in muizenembryo's. Ze onderzochten signaaleiwitten die een rol spelen bij de vorming van haarcellen in het zich ontwikkelende slakkenhuis.
Twee van de eiwitten die de onderzoekers onderzochten, trokken hun aandacht: Activin A en follistatin.
Ze zagen hoe de niveaus van de twee eiwitten veranderden tijdens de transformatie van voorlopercellen in volwassen haarcellen langs de binnenkant van de cochleaire spiraal.
De eiwitniveaus bleken te variëren afhankelijk van de timing en locatie van het ontwikkelingspatroon.
Activine A-spiegels waren laag in het buitenste deel van het slakkenhuis toen onrijpe cellen zich begonnen te ontwikkelen tot haarcellen en hoog in het binnenste deel van de spiraal, waar onrijpe cellen nog niet begonnen waren met transformeren.
De auteurs verwijzen naar dergelijke veranderingen van hoog naar laag eiwitniveau als signaalgradiënten.
"Signaleringsgradiënten spelen een fundamentele rol bij het beheersen van groei en differentiatie tijdens de embryonale ontwikkeling", merken ze op.
De twee eiwitten 'werken op tegenovergestelde manieren'
Terwijl de signaalgradiënt van Activin A één kant op ging, bewegend in een golf die naar binnen ging, ging de signaalgradiënt van follistatine de andere kant op, als een golf die naar buiten beweegt.
"In de natuur wisten we dat Activin A en follistatine op een tegenovergestelde manier werken om cellen te reguleren", legt Doetzlhofer uit.
Deze bevindingen lijken te suggereren dat de twee eiwitten de precieze en delicate ontwikkeling van haarcellen langs de cochleaire spiraal regelen door elkaar in evenwicht te houden.
Nader onderzoek met zowel normale als genetisch gemanipuleerde muizen bevestigde dit idee.
Toename van Activine A in het slakkenhuis van normale muizen zorgde ervoor dat de haarcellen te snel volgroeiden.
Omgekeerd werden haarcellen te laat gevormd bij genetisch gemanipuleerde muizen die ofwel te veel follistatine produceerden of helemaal geen Activine A produceerden. Het resultaat was een ongeorganiseerd patroon van haarcellen aan de binnenkant van de cochleaire spiraal.
"De werking van Activin A en follistatine wordt zo nauwkeurig getimed tijdens de ontwikkeling dat elke verstoring een negatieve invloed kan hebben op de organisatie van het slakkenhuis."
Angelika Doetzlhofer, Ph.D.
Doetzlhofer suggereert dat de bevindingen kunnen leiden tot nieuwe behandelingen voor het herstellen van gehoorverlies dat wordt aangetast door het verlies van haarcellen.
