La scoperta di proteine potrebbe portare a nuovi trattamenti per la perdita dell'udito
Un nuovo studio genetico sui topi ha identificato due proteine che aiutano a organizzare lo sviluppo delle cellule ciliate che raccolgono le onde sonore nell'orecchio interno.
I ricercatori della Johns Hopkins School of Medicine di Baltimora, MD, ritengono che le loro scoperte potrebbero essere la chiave per invertire la perdita dell'udito che deriva dalle cellule ciliate danneggiate.
Un recente articolo sulla rivista eLife fornisce un resoconto completo delle indagini.
"Gli scienziati nel nostro campo", afferma Angelika Doetzlhofer, Ph.D., professore associato di neuroscienze alla Johns Hopkins, "hanno cercato a lungo i segnali molecolari che innescano la formazione delle cellule ciliate che percepiscono e trasmettono il suono".
"Queste cellule ciliate sono un attore importante nella perdita dell'udito e sapere di più su come si sviluppano ci aiuterà a capire come sostituire le cellule ciliate danneggiate", aggiunge.
Nei mammiferi, la capacità di sentire si basa su due tipi di cellule che rilevano il suono: cellule ciliate interne ed esterne.
Entrambi i tipi di cellule ciliate rivestono l'interno della coclea, una cavità a forma di spirale nell'orecchio interno. Le cellule ciliate formano uno schema distinto che comprende tre file di cellule esterne e una riga di cellule interne.
Le cellule percepiscono le onde sonore mentre viaggiano lungo la struttura simile a un guscio e trasmettono le informazioni al cervello.
Sviluppo e perdita di cellule ciliate
I problemi con le cellule ciliate e i nervi che le collegano al cervello sono responsabili di oltre il 90% della perdita dell'udito.
La maggior parte dei mammiferi e degli uccelli ha la capacità di sostituire automaticamente le cellule ciliate perse o danneggiate, ma questo non accade negli esseri umani. Una volta che perdiamo le cellule ciliate, sembra che la perdita dell'udito sia irreversibile.
La produzione di cellule ciliate nella coclea durante lo sviluppo dell'embrione è un processo altamente organizzato e complesso che richiede tempi e posizioni precisi.
Il processo inizia quando le cellule immature della coclea esterna si trasformano in cellule ciliate completamente formate.
Dalla coclea esterna, la trasformazione ordinata procede quindi come un'onda lungo il rivestimento interno della spirale fino a raggiungere la regione più interna.
Sebbene gli scienziati abbiano scoperto molto sulla formazione delle cellule ciliate, i segnali molecolari che controllano il "modello cellulare preciso" sono rimasti poco chiari.
In che modo i segnali fanno accadere la parte giusta del processo al momento giusto per "promuovere la differenziazione sensoriale uditiva e istruire il suo schema graduale?"
Segnalazione di proteine e gradienti
Per cercare di rispondere alla domanda, Doetzlhofer e i suoi colleghi hanno studiato lo sviluppo cocleare negli embrioni di topo. Hanno studiato le proteine di segnalazione che svolgono un ruolo nella formazione delle cellule ciliate nella coclea in via di sviluppo.
Due delle proteine studiate dai ricercatori hanno attirato la loro attenzione: Activin A e follistatin.
Hanno visto come i livelli delle due proteine sono cambiati durante la trasformazione delle cellule precursori in cellule ciliate mature lungo l'interno della spirale cocleare.
I livelli di proteine sembravano variare in base ai tempi e alla posizione del modello di sviluppo.
I livelli di attivina A erano bassi nella parte più esterna della coclea quando le cellule immature hanno iniziato a svilupparsi in cellule ciliate e alti nella parte più interna della spirale, dove le cellule immature non avevano ancora iniziato a trasformarsi.
Gli autori si riferiscono a tali variazioni del livello di proteine da alto a basso come gradienti di segnalazione.
"I gradienti di segnalazione svolgono un ruolo fondamentale nel controllo della crescita e della differenziazione durante lo sviluppo embrionale", osservano.
Le due proteine "funzionano in modi opposti"
Mentre il gradiente di segnalazione Activin A andava da una parte, muovendosi come un'onda che andava verso l'interno, il gradiente di segnalazione follistatina andava dall'altra parte, come un'onda che si muove verso l'esterno.
"In natura, sapevamo che Activin A e follistatina funzionano in modi opposti per regolare le cellule", spiega Doetzlhofer.
Questi risultati sembrano suggerire che le due proteine controllino lo sviluppo preciso e delicato delle cellule ciliate lungo la spirale cocleare bilanciandosi a vicenda.
Ulteriori indagini utilizzando topi normali e geneticamente modificati hanno confermato questa nozione.
L'aumento dell'attivina A nelle coclee di topi normali ha fatto maturare le cellule ciliate troppo presto.
Al contrario, le cellule ciliate si sono formate troppo tardi nei topi geneticamente modificati che hanno prodotto troppa follistatina o non hanno prodotto alcuna attivina A. Il risultato è stato un pattern disorganizzato di cellule ciliate all'interno della spirale cocleare.
"L'azione dell'attivina A e della follistatina è così precisa durante lo sviluppo che qualsiasi disturbo può influire negativamente sull'organizzazione della coclea."
Angelika Doetzlhofer, Ph.D.
Doetzlhofer suggerisce che i risultati potrebbero portare a nuovi trattamenti per ripristinare l'udito che diventa danneggiato a causa della perdita di cellule ciliate.
