Die Entdeckung von Proteinen könnte zu neuen Behandlungen gegen Hörverlust führen
Eine neue genetische Studie an Mäusen hat zwei Proteine identifiziert, die dabei helfen, die Entwicklung der Haarzellen zu organisieren, die Schallwellen im Innenohr aufnehmen.
Forscher der Johns Hopkins School of Medicine in Baltimore, MD, glauben, dass ihre Ergebnisse den Schlüssel zur Umkehrung des Hörverlusts darstellen könnten, der durch beschädigte Haarzellen entsteht.
Ein kürzlich veröffentlichter Artikel in der Zeitschrift eLife gibt einen vollständigen Bericht über die Untersuchung.
"Wissenschaftler auf unserem Gebiet", sagt Angelika Doetzlhofer, Ph.D., Professorin für Neurowissenschaften bei Johns Hopkins, "haben lange nach molekularen Signalen gesucht, die die Bildung von Haarzellen auslösen, die Schall wahrnehmen und übertragen."
„Diese Haarzellen spielen eine wichtige Rolle bei Hörverlust. Wenn wir mehr über ihre Entwicklung wissen, können wir herausfinden, wie beschädigte Haarzellen ersetzt werden können“, fügt sie hinzu.
Bei Säugetieren beruht die Fähigkeit zu hören auf zwei Arten von Zellen, die Geräusche erkennen: innere und äußere Haarzellen.
Beide Arten von Haarzellen säumen die Innenseite der Cochlea, eine spiralförmige Vertiefung im Innenohr. Die Haarzellen bilden ein unterschiedliches Muster, das drei Reihen äußerer Zellen und eine Reihe innerer Zellen umfasst.
Die Zellen spüren Schallwellen auf ihrem Weg durch die schalenartige Struktur und übermitteln die Informationen an das Gehirn.
Entwicklung und Verlust von Haarzellen
Probleme mit Haarzellen und den Nerven, die sie mit dem Gehirn verbinden, sind für mehr als 90% des Hörverlusts verantwortlich.
Die meisten Säugetiere und Vögel können verlorene oder beschädigte Haarzellen automatisch ersetzen, dies ist jedoch beim Menschen nicht der Fall. Sobald wir unsere Haarzellen verlieren, scheint der Hörverlust irreversibel zu sein.
Die Produktion von Haarzellen in der Cochlea während der Embryonalentwicklung ist ein hoch organisierter und komplizierter Prozess, der ein genaues Timing und einen genauen Ort beinhaltet.
Der Prozess beginnt, wenn sich unreife Zellen an der äußeren Cochlea in voll ausgebildete Haarzellen verwandeln.
Von der äußeren Cochlea aus verläuft die geordnete Transformation dann wie eine Welle entlang der inneren Auskleidung der Spirale, bis sie den innersten Bereich erreicht.
Obwohl Wissenschaftler viel über die Bildung von Haarzellen herausgefunden haben, sind die molekularen Signale, die die „präzise zelluläre Strukturierung“ steuern, unklar geblieben.
Wie bewirken die Signale, dass der richtige Teil des Prozesses zum richtigen Zeitpunkt stattfindet, um „die auditive sensorische Differenzierung zu fördern und das abgestufte Muster zu bestimmen“?
Signalproteine und Gradienten
Um die Frage zu beantworten, untersuchten Doetzlhofer und ihre Kollegen die Cochlea-Entwicklung in Mausembryonen. Sie untersuchten Signalproteine, die eine Rolle bei der Bildung von Haarzellen in der sich entwickelnden Cochlea spielen.
Zwei der von den Forschern untersuchten Proteine erregten ihre Aufmerksamkeit: Activin A und Follistatin.
Sie sahen, wie sich die Spiegel der beiden Proteine während der Transformation von Vorläuferzellen in reife Haarzellen entlang der Innenseite der Cochlea-Spirale änderten.
Die Proteinspiegel schienen je nach Zeitpunkt und Ort des Entwicklungsmusters zu variieren.
Die Activin A-Spiegel waren im äußersten Teil der Cochlea niedrig, als sich unreife Zellen zu Haarzellen entwickelten, und hoch im innersten Teil der Spirale, wo sich unreife Zellen noch nicht zu transformieren begonnen hatten.
Die Autoren bezeichnen solche Veränderungen des Proteinspiegels von hoch zu niedrig als Signalgradienten.
„Signalgradienten spielen eine grundlegende Rolle bei der Kontrolle des Wachstums und der Differenzierung während der Embryonalentwicklung“, stellen sie fest.
Die beiden Proteine arbeiten auf entgegengesetzte Weise.
Während sich der Activin A-Signalisierungsgradient in eine Richtung bewegte und sich in einer Welle bewegte, die nach innen ging, ging der Follistatin-Signalgradient in die andere Richtung, wie eine Welle, die sich nach außen bewegte.
„In der Natur wussten wir, dass Activin A und Follistatin die Zellen auf entgegengesetzte Weise regulieren“, erklärt Doetzlhofer.
Diese Ergebnisse scheinen darauf hinzudeuten, dass die beiden Proteine die präzise und empfindliche Entwicklung von Haarzellen entlang der Cochlea-Spirale steuern, indem sie sich gegenseitig ausgleichen.
Weitere Untersuchungen mit normalen und gentechnisch veränderten Mäusen bestätigten diese Annahme.
Durch die Erhöhung von Activin A in den Cochleas normaler Mäuse reiften die Haarzellen zu früh.
Umgekehrt bildeten sich Haarzellen bei gentechnisch veränderten Mäusen zu spät, die entweder zu viel Follistatin produzierten oder überhaupt kein Activin A produzierten. Das Ergebnis war ein unorganisiertes Muster von Haarzellen auf der Innenseite der Cochlea-Spirale.
"Die Wirkung von Activin A und Follistatin ist während der Entwicklung so genau zeitlich abgestimmt, dass jede Störung die Organisation der Cochlea negativ beeinflussen kann."
Angelika Doetzlhofer, Ph.D.
Doetzlhofer schlägt vor, dass die Ergebnisse zu neuen Behandlungen zur Wiederherstellung des Hörvermögens führen könnten, die durch den Verlust von Haarzellen beeinträchtigt werden.
