Immagine confocale di cellule ciliate di pesce zebra adulto (verde) nell'organo uditivo dell'orecchio interno. Credito:Erin Jimenez, Ph.D.
I ricercatori del National Institutes of Health hanno scoperto una rete specifica di proteine necessaria per ripristinare l'udito nel pesce zebra attraverso la rigenerazione cellulare. Lo studio, condotto da ricercatori del National Human Genome Research Institute (NHGRI), potrebbe informare lo sviluppo di trattamenti per la perdita dell'udito negli esseri umani. I risultati sono stati pubblicati in Cell Genomics .
Sebbene la perdita di cellule ciliate non possa essere sostituita negli esseri umani, molti animali, incluso il pesce zebra, possono ripristinare l'udito dopo un infortunio attraverso la rigenerazione delle cellule ciliate. Le proprietà rigenerative delle cellule ciliate del pesce zebra hanno spinto i ricercatori a utilizzare questo animale per comprendere alcune proprietà fondamentali della rigenerazione.
La perdita dell'udito colpisce circa 37,5 milioni di americani e la maggior parte dei casi deriva dalla perdita dei recettori dell'udito noti come "cellule ciliate" nell'orecchio interno. Le setole che sporgono da queste microscopiche cellule ciliate si muovono e si piegano quando il suono viaggia nelle nostre orecchie, generando segnali elettrici inviati attraverso i nervi e nel nostro cervello che ci consentono di elaborare il suono.
Gli esseri umani e il pesce zebra sono visivamente abbastanza diversi, ma a livello genomico condividono più del 70% dei loro geni. Questa somiglianza genomica offre ai ricercatori il potenziale per comprendere la biologia della rigenerazione cellulare nel pesce zebra prima di tradurre i risultati nell'uomo.
Erin Jimenez, Ph.D., una borsista post-dottorato nel laboratorio di Shawn Burgess, Ph.D., ricercatrice senior nel ramo di genomica traslazionale e funzionale del National Human Genome Research Institute (NHGRI), ha condotto lo studio in collaborazione con i ricercatori Ivan Ovcharenko , Ph.D., e Wei Song, Ph.D., presso il National Library of Medicine's National Center for Biotechnology Information.
"Gli esseri umani e altri mammiferi nascono con un determinato numero di cellule ciliate che vengono lentamente perse a causa dell'invecchiamento e dei traumi. Tuttavia, alcuni animali, come il pesce zebra, possono rigenerare le cellule ciliate e recuperare l'udito dopo un infortunio", ha affermato Burgess. "Come e perché la rigenerazione avvenga in questi animali rimane un mistero che molti scienziati vorrebbero svelare."
Immagine in campo chiaro di un embrione di pesce zebra di due giorni. Credito:Erin Jimenez, Ph.D.
Utilizzando una combinazione di tecniche genomiche e apprendimento automatico basato sul calcolo, Jimenez e i suoi collaboratori hanno scoperto che la rigenerazione delle cellule ciliate nel pesce zebra si basava su una rete di proteine in grado di attivare e disattivare i geni, noti come fattori di trascrizione. Per identificare correttamente quali fattori di trascrizione erano in gioco, i ricercatori hanno prima dovuto esaminare le sequenze di potenziamento all'interno del genoma del pesce zebra.
Se i fattori di trascrizione sono pensati come le chiavi che accendono e spengono un'auto, le sequenze di potenziamento sono l'interruttore di accensione dell'auto. Entrambe le parti devono interagire per far funzionare un'auto, proprio come i fattori di trascrizione devono legarsi a specifiche sequenze di potenziamento per esprimere un gene.
I ricercatori hanno utilizzato nuove tecniche genomiche chiamate sequenziamento dell'RNA unicellulare e test unicellulare per la cromatina accessibile alla trasposasi utilizzando il sequenziamento per identificare le sequenze di potenziamento e i corrispondenti fattori di trascrizione che svolgono un ruolo nella rigenerazione delle cellule ciliate.
"Il nostro studio ha identificato due famiglie di fattori di trascrizione che lavorano insieme per attivare la rigenerazione delle cellule ciliate nel pesce zebra, chiamati fattori di trascrizione Sox e Six", ha affermato Jimenez.
In primo luogo, i fattori di trascrizione Sox avviano la risposta di rigenerazione nelle cellule circostanti, chiamate cellule di supporto. Successivamente, i fattori di trascrizione Sox e Six cooperano per trasformare quelle cellule di supporto in cellule ciliate.
Quando le cellule ciliate muoiono nel pesce zebra, le cellule di supporto vicine iniziano a replicarsi. Queste cellule di supporto sono come le cellule staminali a causa della loro capacità di diventare altri tipi di cellule. I ricercatori hanno identificato alcuni dei fattori che convertono le cellule di supporto in cellule ciliate, ma ciò che non è stato compreso è come e dove i geni che codificano tali fattori si attivano e sono coordinati con altri fattori sconosciuti.
"Abbiamo identificato una combinazione unica di fattori di trascrizione che innescano la rigenerazione nel pesce zebra. Più avanti, questo gruppo di fattori di trascrizione del pesce zebra potrebbe diventare un bersaglio biologico che potrebbe portare allo sviluppo di una nuova terapia per curare la perdita dell'udito negli esseri umani", Jimenez disse. + Esplora ulteriormente
