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南加州大学干细胞科学家探索内耳的潜在再生潜力

来自南加州大学 Neil Segil 干细胞实验室的科学家们已经确定了内耳感觉细胞再生的天然屏障,这些细胞因听力和平衡障碍而丧失。正如在Developmental Cell 上发表的一项新研究所描述的那样,克服这一障碍可能是使内耳细胞恢复到为再生做好准备的新生儿状态的第一步。

“永久性听力损失影响到 60% 以上的达到退休年龄的人口,”干细胞生物学和再生医学系教授、南加州大学蒂娜和里克卡鲁索耳鼻喉科 - 头颈系教授 Segil 说外科手术。“我们的研究提出了新的基因工程方法,可用于引导胚胎内耳细胞中存在的某些相同的再生能力。”

在内耳中,听觉器官,也就是耳蜗,包含两种主要类型的感觉细胞:“毛细胞”,具有毛状细胞突起,可以接收声音振动;以及发挥重要结构和功能作用的所谓“支持细胞”。

当脆弱的毛细胞受到巨大噪音、某些处方药或其他有害物质的损害时,老年哺乳动物的听力损失将是永久性的。然而,在生命的最初几天,实验室小鼠保留了支持细胞通过称为“转分化”的过程转化为毛细胞的能力,从而使听力损失恢复。到一周大时,老鼠失去了这种再生能力——人类也失去了,可能在出生之前。

基于这些观察,博士后学者陶立涛博士、研究生 Haoze (Vincent) Yu 和他们的同事们仔细研究了导致支持细胞失去转分化潜力的新生儿变化。

在支持细胞中,指示转分化为毛细胞的数百个基因通常被关闭。为了打开和关闭基因,身体依靠激活和抑制分子来装饰称为组蛋白的蛋白质。为了响应这些被称为“表观遗传修饰”的装饰,组蛋白将 DNA 包裹到每个细胞核中,控制哪些基因通过松散包裹和可接近而“开启”,哪些基因通过紧密包裹和关闭而“关闭”无法访问。通过这种方式,表观遗传修饰调节基因活性并控制基因组的新兴特性。

在新生小鼠耳蜗的支持细胞中,科学家们发现毛细胞基因因缺乏激活分子 H3K27ac 和抑制分子 H3K27me3 的存在而受到抑制。然而,与此同时,在新生小鼠的支持细胞中,毛细胞基因被一种不同的组蛋白修饰 H3K4me1 保持“准备”激活。在支持细胞向毛细胞转分化过程中,H3K4me1 的存在对于激活毛细胞发育的正确基因至关重要。

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