Udržování rovnováhy: vnitřní ucho vlasy regeneraci buněk
Dr. Jennifer Stone, z Virginie Merrill Bloedel Jednání Research Center, University of Washington, popisuje její nejnovější výzkum, který se zaměřuje na vestibulární vláskové buňky regeneraci u hlodavců.
savčí vnitřní ucho je labyrint neuvěřitelně složitých smyslových struktur. Kochlea, spirálovitá dutina, je důležitou součástí sluchového systému a přeměňuje vibrace (produkované zvukovými vlnami) na elektrické impulsy, které komunikují s mozkem prostřednictvím sluchového nervu.
vestibulární systém, který je také součástí vnitřního ucha, je nezbytný pro udržení prostorové orientace a rovnováhy. Skládá se ze tří půlkruhových kanálů, každý orientovaný v jiné rovině. V rámci každého kanálu, tekutiny se pohybuje v reakci na hlavě pohybu, což vyvolalo malé vestibulární vláskové buňky receptory, které vysílají signály do mozku a očí přes vlasy buňky innervating neurony. Tento mechanismus dává savcům pocit rovnováhy a koordinace. Vestibulární vlasové buňky lze dále rozdělit do dvou podkategorií: typ I a typ II. Ačkoli jsou znalosti omezené, výzkum naznačuje, že vlasové buňky typu I jsou vhodnější pro detekci vysokofrekvenčních pohybů než vlasové buňky typu II.
degenerace vestibulárního systému
vlasové buňky a inervující neurony spojené s vestibulárním orgánem jsou velmi citlivé na degeneraci, která se s věkem zvyšuje. Ve skutečnosti je přibližně 35% populace Spojených států ve věku 40 a více let postiženo nějakou formou poruchy vestibulárního systému a důsledky mohou být zničující. Pacienti mohou zaznamenat oslabující záchvaty intenzivního závratě a nerovnováhy. Kromě toho je pro trpící často obtížné soustředit se a fyzicky bojovat s rutinními činnostmi, což způsobuje velké emoční utrpení.
Pochopení molekulární pozadí oporou vlasy buňky, diferenciace a regenerace je nezbytné, pokud chceme vyvinout terapie k léčbě vestibulární porucha
Aktuální možnosti pro léčbu vestibulární poruchy jsou omezené a patří vestibulární rehabilitační terapie, léky a chirurgie. Dokonce i v nejlepším případě jsou příznaky pouze zlepšeny, ne vyléčeny. Jediným způsobem, jak by vestibulární funkce mohla být plně obnovena, by byla regenerace vlasových buněk a následná nervová inervace.Dr. Stone a její tým v současné době zkoumají tento proces do hloubky a doufají, že vyvinou účinnější terapie k léčbě vestibulárních poruch prostřednictvím buněčné regenerace.
regenerace vlasových buněk
zvířata, která nejsou savci, reagují na vestibulární poškození regenerací vlasových buněk typu I I typu II. U ptáků, obojživelníků a ryb vznikají nové vlasové buňky mitózou (buněčným dělením) podpůrných buněk a jejich následnou diferenciací do vlasových buněk. Náhradní vlasy buněk v non-savci jsou také vyráběny prostřednictvím přímého přeměňování – non-mitotický proces, kterým podpůrné buňky jsou fenotypově převést do vlasové buňky. U ptáků studie ukázaly, že regenerované buňky se inervují a obnovují funkci.
V nedávné studii však Dr. Stone a jeho kolegové ukázali, že pouze vestibulární vlasové buňky typu II se mohou regenerovat u savců. Tým zničil vestibulární vlasové buňky u dospělých myší vložením destruktivního genu pro receptor lidského difterického toxinu (DTR)do lokusu genu Pou4f3. Šedesát dnů po léčbě, zjistili, že vláskové buňky čísla skutečně výrazně zvýšil, a to navzdory malé zvýšení mitotické aktivity, což naznačuje, že regenerace došlo prostřednictvím přímého přeměňování podpůrných buněk (spíše než mitóza).
Zajímavě, nicméně, není tam žádný důkaz navrhnout, typ I vlasové buňky jsou nahrazeny a Dr Stone a její tým jsou nyní vyšetřuje vlastnosti typu I vlasy buňky, aby se pochopit, zda mohou také regenerovat.
jedinečné vlastnosti vlasových buněk typu II
Dr. Stone a její spolupracovník Rémy Pujol použili ke studiu struktury vlasových buněk u dospělých myší konfokální a transmisní elektronovou mikroskopii (TEM). Na rozdíl od vlasových buněk typu I mají vlasové buňky typu II bazolaterální procesy (zpracovatelské jednotky), které jsou ve vzájemném fyzickém kontaktu a vytvářejí jemnou síť. K vysvětlení tohoto neobvyklého jevu je však zapotřebí dalšího výzkumu – možná je spojení jednoduše pro mechanickou podporu, nebo možná zlepšuje komunikaci mezi vlasovými buňkami.
radikálnější myšlenkou je, že přímá vazba mezi populací vlasových buněk by mohla regulovat jejich homeostázu. Dr. Stone, ve spolupráci s laboratoří Brandona Coxe na Southern Illinois University School of Medicine, dosáhl důkazu, že vestibulární vlasové buňky typu II podléhají „obratu“ za normálních podmínek: jednotlivé vlasové buňky jsou vyřazeny ze smyslových orgánů a poté nahrazeny transdiferenciací podpůrných buněk. Na rozdíl od normálních podmínek destrukce vlasových buněk způsobuje, že podpůrné buňky produkují šestinásobek množství náhradních vlasových buněk typu II. Tato plasticita (adaptabilita) vestibulárních orgánů může pomoci zajistit zachování funkce rovnováhy u dospělých savců, možná i u lidí.
Přibližně 35% populace Spojených Států ve věku 40 a více jsou ovlivněny nějakou formou vestibulární poruchy systému
Molekulární Základ Vlasů, Regeneraci Buněk
Pochopení molekulární pozadí oporou vlasy buňky, diferenciace a regenerace je nezbytné, pokud chceme vyvinout terapie k léčbě vestibulární poruchy.
„signální dráha zářezu“ je zvláště důležitá v procesu vývoje vlasových buněk u embryí. Dr. Stone a její tým ukázaly, že tato cesta inhibuje produkci klíčového základní helix-loop-helix transkripční faktor, který aktivuje vlasové buňky, diferenciace, tzv. atonální homolog 1 (Atoh1).
Během embryonálního vývoje, signalizační proteiny se váží na ‚Zářez‘ receptor, který se nachází na nediferencované buňky, aktivuje enzymy, které štěpí receptor. Následně štěpený protein aktivuje geny, které kódují další proteiny, které inhibují Atoh1.
k určení, zda je Atoh1 reaktivován po ztrátě vestibulárních vlasových buněk, Dr. Stone a její tým provedli studii na dospělých myších utricles (orgán nalezený ve vestibulárním systému), ve kterém byly vlasové buňky zničeny pomocí neomycinu. Je zajímavé, že tým detekoval expresi atoh1 v podpůrných buňkách 4 dny po léčbě neomycinem. Tyto podpůrné buňky pak podstoupily přímou transdiferenciaci za vzniku velmi primitivních vlasových buněk.
Doktor Stone navíc prokázal, že inhibice dráhy zářez vedla ke zvýšení hladin Atoh1 a podpůrné buňky postupovaly do pozdějších stadií diferenciace vlasových buněk. Opět však tyto nové vlasové buňky nebyly plně funkční – postrádaly zrání a inervaci vlasových svazků. Dr. Stone spolupracuje s konsorciem mezinárodních vědců, projektem obnovy sluchu, financovaným Nadací pro zdraví sluchu, na určení dalších signálů, které regulují regeneraci vlasových buněk u dospělých myší.
budoucí výzkum
výzkum Dr. Stonea je velmi slibný, což naznačuje, že savčí dospělé vlasové buňky mají potenciál regenerovat fenotypovou konverzí podpůrných buněk. Mnoho otázek však zůstává nezodpovězeno. Například, jaké jsou molekulární procesy zapojené do regulace zrání vlasových buněk? Existují způsoby, jak můžeme zahájit regeneraci vlasových buněk typu I? A jaké molekulární mechanismy podporují rozmanitost vestibulárních buněk?
překonání těchto překážek nás posune o krok blíže k vývoji terapií pro náhradu vlasových buněk používaných k léčbě vestibulárních poruch a ke zlepšení života tisíců trpících.