干细胞科学家探索内耳的潜在再生潜力
Corti 器官是内耳的听觉器官，包含成排的感觉听觉细胞（绿色），周围环绕着支持细胞（蓝色）。图片来源：Yassan Abdolazimi/Segil Lab/USC Stem Cell
来自 Neil Segil 的南加州大学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，这些细胞在听力和平衡障碍中丧失。正如在《发育细胞》上发表的一项新研究中所述，克服这一障碍可能是将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了超过 60% 达到退休年龄的人口，”Segil 说，他是干细胞生物学和再生医学系以及南加州大学 Tina 和 Rick Caruso 耳鼻喉科 - 头颈部系的教授手术。“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一些相同的再生能力。”
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在内耳中，听觉器官，即耳蜗，包含两种主要类型的感觉细胞：“毛细胞”，它们具有接收声音振动的毛发状细胞突起；以及发挥重要结构和功能作用的所谓“支持细胞”。
当娇嫩的毛细胞因嘈杂的噪音、某些处方药或其他有害物质而受到损害时，由此导致的听力损失在老年哺乳动物中是永久性的。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，从而可以从听力损失中恢复。到一周大时，老鼠就会失去这种再生能力——在人类身上也失去了这种能力，可能是在出生之前。
基于这些观察，博士后学者陶立涛博士、研究生余浩泽 (Vincent) Yu 及其同事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，数百个指导转分化为毛细胞的基因通常被关闭。为了打开和关闭基因，身体依赖于装饰被称为组蛋白的蛋白质的激活和抑制分子。为了响应这些被称为“表观遗传修饰”的修饰，组蛋白将DNA包裹到每个细胞核中，通过松散的包裹和可接近性控制哪些基因“打开”，哪些基因通过紧紧包裹和“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，在新生小鼠支持细胞中，毛细胞基因被另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的转分化过程中，H3K4me1 的存在对于激活毛细胞发育的正确基因至关重要。
不幸的是，随着年龄的增长，耳蜗的支持细胞逐渐失去 H3K4me1，导致它们退出启动状态。然而，如果科学家们添加了一种药物来防止 H3K4me1 的丢失，那么支持细胞仍会暂时为转分化做好准备。同样，来自前庭系统的支持细胞，自然维持 H3K4me1，仍然准备好转分化为成年期。
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“我们的研究提出了使用治疗药物、基因编辑或其他策略进行表观遗传修饰的可能性，这些修饰利用内耳细胞的潜在再生能力作为恢复听力的一种方式，”Segil 说。“类似的表观遗传修饰也可能对其他非再生组织有用，例如视网膜、肾脏、肺和心脏。”