Estudio traza un mapa de desarrollo del sensor de sonido del oído interno en ratones
La secuenciación de ARN de una sola célula ayudó a los científicos a mapear cómo se desarrollan las células ciliadas sensoriales (rosa) en la cóclea de un ratón recién nacido. Crédito: Helen Maunsell, NIDCD/NIH
Un equipo de investigadores ha generado un mapa de desarrollo de una estructura clave de detección de sonido en el oído interno del ratón. Los científicos del Instituto Nacional de Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación (NIDCD), parte de los Institutos Nacionales de Salud, y sus colaboradores analizaron datos de 30 000 células de la cóclea de ratón, la estructura en forma de caracol del oído interno. Los resultados brindan información sobre los programas genéticos que impulsan la formación de células importantes para detectar sonidos. El estudio también arroja luz específicamente sobre la causa subyacente de la pérdida auditiva relacionada con el síndrome de Ehlers-Danlos y el síndrome de Loeys-Dietz.
Los datos del estudio se comparten en una plataforma única abierta a cualquier investigador, lo que crea un recurso sin precedentes que podría catalizar futuras investigaciones sobre la pérdida auditiva. Dirigido por Matthew W. Kelley, Ph.D., jefe de la Sección de Neurociencia del Desarrollo en el NIDCD, el estudio apareció en línea en Nature Communications. El equipo de investigación incluye investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland, Baltimore; Decibel Terapéutica, Boston; y King’s College London.
«A diferencia de muchos otros tipos de células en el cuerpo, las células sensoriales que nos permiten oír no tienen la capacidad de regenerarse cuando se dañan o enferman», dijo la directora del NIDCD, Debara. L. Tucci, MD, quien también es cirujano otorrinolaringólogo de cabeza y cuello. «Al aclarar nuestra comprensión de cómo se forman estas células en el oído interno en desarrollo, este trabajo es un activo importante para los científicos que trabajan en terapias basadas en células madre que pueden tratar o revertir algunas formas de pérdida auditiva del oído interno».
En los mamíferos, los principales transductores del sonido son las células ciliadas, que se extienden a lo largo de una fina cinta de tejido (el órgano de Corti) que se extiende a lo largo de la cóclea enrollada. Hay dos tipos de células ciliadas, las células ciliadas internas y las células ciliadas externas, y están sustentadas estructural y funcionalmente por varios tipos de células de soporte. Durante el desarrollo, un grupo de células progenitoras casi idénticas da lugar a estos diferentes tipos de células, pero los factores que guían la transformación de las células progenitoras en células ciliadas no se comprenden por completo.
Para obtener más información sobre cómo se forma la cóclea , el equipo de Kelley aprovechó un método llamado secuenciación de ARN de una sola célula. Esta poderosa técnica permite a los investigadores analizar los patrones de actividad genética de células individuales. Los científicos pueden aprender mucho sobre una célula a partir de su patrón de genes activos porque los genes codifican proteínas, que definen la función de una célula. Los patrones de actividad genética de las células cambian durante el desarrollo o en respuesta al entorno.
«Solo hay unos pocos miles de células ciliadas en la cóclea, y están dispuestas juntas en un mosaico complejo, una disposición que hace las células son difíciles de aislar y caracterizar», dijo Kelley. «La secuenciación del ARN de una sola célula nos ha proporcionado una herramienta valiosa para rastrear los comportamientos de las células individuales a medida que ocupan sus lugares en la intrincada estructura de la cóclea en desarrollo».
Basándose en su trabajo anterior en las células 301, El equipo de Kelley se dispuso a examinar los perfiles de actividad genética de 30 000 células de cóclea de ratón recolectadas en cuatro momentos, comenzando con el día 14 del desarrollo embrionario y terminando con el séptimo día posnatal. En conjunto, los datos representan un amplio catálogo de información que los investigadores pueden usar para explorar el desarrollo coclear y estudiar los genes que subyacen a las formas hereditarias de discapacidad auditiva.
El equipo de Kelley se centró en uno de esos genes, Tgfbr1, que tiene se ha relacionado con dos condiciones asociadas con la pérdida auditiva, el síndrome de Ehlers-Danlos y el síndrome de Loeys-Dietz. Los datos mostraron que Tgfbr1 está activo en los precursores de las células ciliadas externas desde el día 14 del desarrollo embrionario, lo que sugiere que el gen es importante para iniciar la formación de estas células.
Para explorar el papel de Tgfbr1, los investigadores bloqueó la actividad de la proteína Tgfbr1 en la cóclea de embriones de ratón de 14,5 días de edad. Cuando examinaron las cócleas cinco días después, vieron menos células ciliadas externas en comparación con las cócleas embrionarias de ratón que no habían sido tratadas con el bloqueador Tgfbr1. Este hallazgo sugiere que la pérdida de audición en personas con mutaciones Tgfbr1 podría deberse a una formación deficiente de células ciliadas externas durante el desarrollo.
El estudio reveló información adicional sobre las primeras etapas del desarrollo coclear. Las vías de desarrollo de las células ciliadas internas y externas divergen desde el principio; Los investigadores observaron distintos patrones de actividad genética en el momento más temprano del estudio, el día 14 del desarrollo embrionario. Esto sugiere que los precursores de los que derivan estas células no son tan uniformes como se creía anteriormente. Se necesita investigación adicional sobre células recolectadas en etapas anteriores para caracterizar los pasos iniciales en la formación de células ciliadas.
En el futuro, los científicos pueden usar los datos para dirigir las células madre hacia el linaje de células ciliadas , ayudando a producir las células especializadas que necesitan para probar enfoques de reemplazo de células para revertir algunas formas de pérdida auditiva. Los resultados del estudio también representan un recurso valioso para la investigación sobre el mecanismo auditivo y cómo funciona mal en las formas congénitas de pérdida auditiva.
Los autores han puesto sus datos a disposición a través del portal gEAR (recurso de análisis de expresión génica) , una plataforma basada en la web para compartir, visualizar y analizar grandes conjuntos de datos multiómicos. El portal es mantenido por Ronna Hertzano, MD, Ph.D., y su equipo en el Departamento de Otorrinolaringología y el Instituto de Ciencias del Genoma (IGS) de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland.
«Single Los datos de secuenciación del ARN celular son muy complejos y, por lo general, requieren una gran habilidad para acceder a ellos», dijo Hertzano. «Al difundir los datos de este estudio a través de gEAR, estamos creando una ‘enciclopedia’ de los genes expresados en el oído interno en desarrollo, transformando la base de conocimientos de nuestro campo y haciendo que esta sólida información sea abierta y comprensible para los biólogos y otros investigadores».
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Un estudio con células madre sugiere caminos para restaurar la audición Más información: Likhitha Kolla et al. Caracterización del desarrollo del epitelio coclear de ratón a nivel de una sola célula, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-16113-y Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por los Institutos Nacionales de Salud Cita: El estudio traza un mapa de desarrollo del sonido del oído interno sensor in mice (2020, 29 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-developmental-ear-sensor-mice.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.