В отличие от птиц и земноводных, млекопитающие не могут восстановить потерянный слух. У людей клетки внутреннего уха, отвечающие за обнаружение звука и передачу этих сигналов в мозг, формируются на ранних стадиях развития и не могут быть заменены, если они потеряны из-за болезни, травмы или старения.
Изучая мышей, ученые Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи идентифицировал две сигнальные молекулы, которые необходимы для правильного развития части внутреннего уха, называемой улиткой. Без обоих сигналов эмбрион не производит достаточного количества клеток, которые в конечном итоге составляют улитку взрослого человека, что приводит к укорочению улиткового протока и нарушению слуха.
Исследование, доступное в Интернете в журнале eLife, способствует пониманию развития внутреннего уха, что является первым шагом к цели восстановления утраченного слуха.
"Чтобы в конечном итоге восстановить слух, мы хотели бы иметь возможность регенерировать сенсорные волосковые клетки улитки," сказал старший автор Дэвид М. Орниц, доктор медицинских наук, профессор биологии развития, получивший звание выпускников. "Если внутреннее ухо у птиц и рыб повреждено, например, клетки внутреннего уха естественным образом превращаются в клетки-предшественники, способные заменять сенсорные клетки. Но млекопитающие более сложны – они лучше слышат более широкий диапазон звуков. Однако считается, что в обмен на лучший слух мы утратили способность регенерировать сенсорные волосковые клетки."
В новом исследовании Орнитц и его коллеги показали, что правильное развитие внутреннего уха у мышей зависит от присутствия двух сигнальных молекул, называемых FGF9 и FGF20. Нормальная передача сигналов этих молекул во внутреннем ухе включается примерно на 11 день типичного 20-дневного развития эмбриона мыши. В течение следующих двух-трех дней эти две молекулы заставляют клетки-предшественники размножаться. К 14 дню эмбриона клетки-предшественники перестают размножаться и начинают дифференцироваться, чтобы стать функциональными взрослыми сенсорными клетками. Согласно этому и другим исследованиям, на данный момент клеточная популяция, составляющая ухо взрослого человека, в значительной степени завершена.
"У млекопитающих, включая мышей и людей, количество сенсорных клеток-предшественников фиксировано," сказал первый автор Сунг-Хо Ху, доктор философии, преподаватель биологии развития. "Это число определяется делением клеток или их гибелью на ранних стадиях развития. У мышей это примерно между 11 и 14 днями эмбрионального развития. Как только это окно развития закрывается, количество имеющихся у вас клеток – это все, что вы получаете. Невозможно компенсировать низкие числа."
Волосковые клетки внутреннего уха улавливают звуковые колебания и передают эти сигналы в мозг. Потеря слуха возникает, когда эти волосковые клетки повреждаются, чаще всего из-за громкого шума, приема некоторых лекарств и самого процесса старения.
Согласно новому исследованию, FGF9 и FGF20 отправляют сигналы своим рецепторам, которые расположены в соседних клетках, окружающих развивающиеся сенсорные клетки. Посредством передачи сигналов этим окружающим клеткам FGF9 и FGF20 способствуют росту сенсорных клеток-предшественников. Этот сигнал активирует петлю обратной связи, которая помогает направлять правильное развитие улитки. По словам Орница и Ха, будущая работа будет сосредоточена на идентификации молекул, участвующих в механизме обратной связи.
"Мы обнаружили, что сигнал FGF полезен для формирования улитки," Орниц сказал. "Эти сигналы FGF говорят окружающим тканям, что нужно создавать фактор – мы еще не знаем, что это за фактор, – но мы знаем, что он регулирует рост клеток-предшественников. И возможность выращивать клетки-предшественники или давать указания клеткам, которые могут стать клетками-предшественниками расти, является одним из ключей к восстановлению слуха."