С момента рождения ребенка их подвергают целому ряду проверок на всевозможные характеристики, в том числе на слух. У одного из 500 новорожденных не удается установить экраны слуха у новорожденных, и у него диагностируется потеря слуха, что делает это наиболее распространенным сенсорным дефицитом у людей. Около половины этих случаев ранней потери слуха в развитых странах имеют поддающуюся идентификации генетическую причину: к настоящему времени выявлены мутации более чем в 100 различных генах.
Мутации в большинстве этих генов приводят к изолированной потере слуха (то есть не являются частью более сложного синдрома потери слуха, такого как синдром Ашера). Эти случаи называются несиндромальной нейросенсорной тугоухостью или SNHL, когда аномальная функция внутреннего уха является единственным диагностическим признаком. Несмотря на большое количество выявленных генов потери слуха, более чем у половины детей причина наследственной потери слуха остается загадкой.
Трио исследователей из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании и Детской больницы Филадельфии (CHOP) обнаружили мутации в белке главного переключателя, называемом Epithelial Splicing Regulatory Protein 1 (ESRP1), у людей с SNHL. Это исследование опубликовано на этой неделе в Developmental Cell. В целом, то, что связывает большинство необъяснимых случаев потери слуха, заключается в том, что формирование белка в улитке во время развития идет не так. Улитка выполняет чрезвычайно важную работу по преобразованию механической энергии в форме звуковых волн в электрические сигналы, которые проходят по слуховым нервам в мозг.
В целом, ESRP1 определяет, как сплайсируются РНК, экспрессируемые в эпителиальных тканях. Это достигается путем сращивания разных экзонов (последовательности ДНК, которая кодирует белки) вместе альтернативными способами для получения более чем одной информационной РНК (мРНК) из одного и того же гена. Эти мРНК продолжают создавать разные версии кодируемых белков. Соавторы Дуг Эпштейн, доктор философии, профессор генетики, и Расс Карстенс, доктор медицины, доцент кафедры почечных электролитов и гипертонии, работали с Яном Кранцем, доктором медицины, профессором педиатрии, и семьей, о которой он заботится в больнице. педиатрическую клинику слуха, которой он руководит в CHOP.
В семье двое из шести детей используют кохлеарные имплантаты по поводу потери слуха. Команда секвенировала весь экзом у братьев, сестер и родителей и обнаружила повреждающие мутации в ESRP1, связанные с потерей слуха. Используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, полученные из затронутых и незатронутых членов семьи, они показали, что переключатели сплайсинга РНК были восстановлены, когда мутация ESRP1 была исправлена с помощью редактирования гена CRISPR-CAS9. "Мы были рады увидеть эти результаты, поскольку они предоставили четкие доказательства того, что мутации ESRP1 были ответственны за дефекты сплайсинга у пораженных детей" Эпштейн сказал. Эксперименты по редактированию генов были выполнены соавторами Пенна Кираном Мусунуру, доктором медицины, докторантом и научным сотрудником Крисом МакДермотт-Роу.
Кранц и стажер исследования CHOP, Рики Тилтон, доктор медицины, определили мутации гена ESRP1, являющиеся центральными в случае этой семьи. "Это исследование не только дает долгожданный ответ для этой семьи, но и является захватывающим, поскольку оно впервые связывает этот критический молекулярный путь с диагностикой развития у людей и помогает пролить свет на новый фактор, способствующий потере слуха, который может привести к новым подходам к лечению. терапия в будущем," – сказал Кранц, который также является директором Центра индивидуальной медицинской генетики Робертса в Объединении Робертса по генетике и индивидуализированной медицине в CHOP.
Мини-урок анатомии
"Акт слуха основан на волосковых клетках в ухе, которые, как клавиши пианино, чувствительны к вибрациям разной высоты," Эпштейн сказал. По словам Джона Джермиллера, доктора медицины, доктора философии, директора клинических исследований отделения отоларингологии в CHOP, у двух братьев и сестер в семье был дефект вестибулярных каналов ушей, но не было явного дефекта улитки. Кроме того, потеря гена Esrp1 у мышей приводит к изменению формы внутреннего уха, что очень похоже на ситуацию с братьями и сестрами.
Чтобы определить, как мутации ESRP1 вызывают потерю слуха, Алекс Рохачек, аспирант лаборатории Эпштейна, оценил эмбрионы, в которых был удален Esrp1, на мышиной модели, разработанной лабораторией Карстенса. Самым поразительным открытием в этой части исследования было то, что формирование сосудистой полоски было заблокировано. Этот набор клеток эквивалентен батарее улитки тем, что обеспечивает волосковые клетки энергией для передачи сигналов в слуховой нерв. Эти данные предполагают, что мутации в ESRP1 являются причиной SNHL.
Но как изменения в сплайсинге РНК приводят к потере слуха?? Том Биби, доктор философии, постдок из лаборатории Карстенса, и Рохачек сравнили последовательности РНК из улитки нормальных мышей и мышей с нокаутом Esrp1. Работая с новым алгоритмом, разработанным Йосефом Барашем, доктором философии, доцентом генетики, команда составила список дифференциально сплайсированных генов. "Мы наблюдали нарушение экспрессии и сплайсинга генов, играющих важную роль в развитии улитки и слуховой функции," Карстенс сказал. В верхней части списка был ген рецептора фактора роста фибробластов, который (Fgfr2), который Карстенс использовал для идентификации ESRP1 в более ранних исследованиях.
Из-за измененного сплайсинга Fgfr2 клетки сосудистой полоски отсутствуют у Esrp1-дефицитных мышей и, возможно, у людей. У мышей образование сосудистой полоски восстанавливали путем удаления копии Fgf9. Команда говорит, что это был один из самых убедительных аспектов их исследования, потому что он говорит о замечательной пластичности, которая существует в генетических программах, регулирующих развитие внутреннего уха.
Хотя это направление исследований далеко не способствует изменениям в клинике, теперь команда гораздо лучше понимает, как сплайсинг РНК контролируется в ухе. Эти знания открывают возможности для идей лечения, которые могут быть проверены на животных моделях в качестве первого шага к испытаниям на людях.