ForscherInnen der John Hopkins University haben ein Protein-Paar erkannt, das genau kontrolliert, wann Haarzellen in den Ohren von Säugetieren entstehen. Das Forschungsteam glaubt, diese Proteine könnten zukünftig dazu beitragen, bei Menschen mit irreversibler Taubheit das Gehör wiederherzustellen.
"Wissenschaftler in unserem Bereich suchen schon seit langem nach molekularen Signalen, die die Bildung von Haarzellen auslösen", merkt Professor Angelika Doetzlhofer von der John Hopkins University School of Medicine an. "Diese Haarzellen spielen eine große Rolle, wenn es um Gehörverlust geht. Zu wissen, wie sie sich entwickeln, wird uns bei der Erkenntnis helfen, wie beschädigte Haarzellen ersetzt werden können."
Ungefähr 90% aller Fälle von genetischem Gehörverlust gehen auf Probleme mit den Haarzellen zurück. Diese können sich bei anderen Säugetieren regenerieren, bei Menschen allerdings nicht. Doetzlhofer und ihr Team begaben sich auf die Suche nach Signalstoffen in der spiralförmigen Cochlea.
Von den untersuchten Proteinen stachen zwei besonders heraus: Activin A und Follistatin. Activin A-Werte stiegen in Bereichen an, wo Vorläuferzellen sich in Haarzellen umwandelten. Bei Follastatin schien das Gegenteil der Fall zu sein. Hier lagen im äußersten Teil der Cochlea nur geringe Mengen des Proteins vor und nur im innersten Teil der Cochlea hohe Mengen. Activin A bewegte sich wellenförmig nach innen, Follastatin hingegen in Wellen nach außen.
Professor Doetzlhofer äußerte sich wie folgt: "Wir wussten, dass Activin A und Follastatin in der Natur gegensätzlich agieren, um Zellen zu regulieren. Basierend auf unseren Entdeckungen gehen wir davon aus, dass die zwei Proteine einen Drahtseilakt mit Vorläuferzellen absolvieren, um die geordnete Bildung von Haarzellen entlang der spiralförmigen Cochlea zu kontrollieren."
Um herauszufinden, wie genau die zwei Proteine die Entwicklung von Haarzellen koordinieren, untersuchten die ForscherInnen ihre jeweiligen Eigenschaften im Einzelnen. Zunächst erhöhten sie die Ausschüttung von Activin A bei Mäusen, was zu einer frühzeitigen Transformation von Vorläuferzellen und vorzeitigem Erscheinen von Haarzellen in der Cochlea führte. Bei Mäusen, die hingegen darauf abgerichtet wurden, Follastin zu überproduzieren oder Activin A überhaupt nicht zu produzieren, bildeten sich Haarzellen spät und verstreuten sich unorganisiert in verschiedenen Reihen der Cochlea.
"Das Wechselspiel zwischen Activin A und Follastatin verläuft in der Entwicklung so präzise, dass jegliche Störung sich negativ auf die Organisierung der Cochlea auswirken kann", merkt Doetzlhofer an. "Es ist wie bei einem Haus: Wenn das Fundament nicht richtig gelegt wird, ist alles darauf Erbaute betroffen."
Die ForscherInnen stellten fest, dass eine Überproduktion von Follistatin zu unorganisierten Haarzellen führt, da hohe Mengen des Proteins eine häufigere Teilung von Vorläuferzellen bewirken. Dabei wandelt sich eine höhere Menge der Vorläuferzellen auf willkürliche Weise in innere Haarzellen um.
Die WissenschaftlerInnen um Doetzlhofer merken an, dass ihre Untersuchungen zur Entwicklungen von Haarzellen – obwohl sie sich noch im Stadium der Grundlagenforschung befindet – Einsatzmöglichkeiten bieten, um durch beschädigte Haarzellen verursachte Taubheit zu behandeln. Doetzlhofer sagt: "Wir wollen das Wissen über die Entstehung von Haarzellen anwenden, um Behandlungsstrategien gegen Gehörverlust zu verbessern oder neue Möglichkeiten zu entwickeln."
Quelle:
Meenakshi Prajapati-DiNubila, Ana Benito-Gonzalez, Erin Jennifer Golden, Shuran Zhang, Angelika Doetzlhofer. A counter gradient of Activin A and follistatin instructs the timing of hair cell differentiation in the murine cochlea. eLife, 2019; 8 DOI: 10.7554/eLife.47613