На мышах исследователи обнаружили, что поддерживающие клетки внутреннего уха, которые когда-то считались выполняющими только структурную роль, могут активно помогать восстанавливать поврежденные сенсорные волосковые клетки, функциональные клетки, которые превращают вибрации в электрические сигналы, которые мозг распознает как звук.
Исследование, опубликованное в онлайн-выпуске журнала Journal of Clinical Investigation от 25 июля 2013 года, показывает, что поддерживающие клетки и производимое ими химическое вещество, называемое белком теплового шока 70 (HSP70), по-видимому, играют роль в защите поврежденных волосковых клеток от смерти. Поиск способа ускорить этот процесс в поддерживающих клетках предлагает потенциальный путь предотвращения потери слуха, вызванной определенными лекарствами и, возможно, воздействием чрезмерного шума. Исследование провели ученые Национального института здоровья.
Ежегодно более полумиллиона американцев страдают потерей слуха из-за ототоксичных лекарств – лекарств, которые могут повредить волосковые клетки во внутреннем ухе. К ним относятся некоторые антибиотики и химиотерапевтический препарат цисплатин. Кроме того, около 15 процентов американцев в возрасте от 20 до 69 лет страдают потерей слуха, вызванной шумом, что также является следствием повреждения сенсорных волосковых клеток.
Будучи разрушенными или поврежденными шумом или лекарствами, сенсорные волосковые клетки во внутреннем ухе человека не отрастают и не восстанавливаются, в отличие от сенсорных волосковых клеток других животных, таких как птицы и земноводные. Это сделало изучение потенциальных путей защиты или повторного роста волосковых клеток у людей основным направлением исследований слуха.
"Если вы хотите защитить волосковые клетки, вам следует обратить внимание на поддерживающие клетки," сказала старший автор Лиза Каннингем, доктор философии.D., лаборатория сенсорной клеточной биологии в Национальном институте глухоты и других коммуникативных расстройств (NIDCD), входящем в состав NIH, руководила исследованием. "Наше исследование показывает, что, когда внутреннее ухо находится в состоянии стресса, клетка, которая отвечает, производя защитные белки, является не волосковой, а поддерживающей клеткой."
Более ранняя работа доктора. Группа Каннингема и другие лаборатории показали, что HSP70 – белок, вырабатываемый во внутреннем ухе после воздействия стрессовых факторов, таких как токсины окружающей среды, окислительный стресс, химические токсины и шум, – может защищать волосковые клетки. Однако механизм не был полностью понят.
В этом исследовании ученые подвергали матки мышей (структуры внутреннего уха, содержащие волосковые клетки и поддерживающие клетки) нагреванию, а затем быстро сохраняли их. Ученые обнаружили устойчивую экспрессию HSP70; однако методы микроскопии показали, что белок находится только в поддерживающих клетках, а не в волосковых клетках.
Дальнейшие эксперименты показали, что поддерживающие клетки не удерживают HSP70 в себе – они секретируют HSP70, который затем может защищать соседние волосковые клетки. Когда матки, не подвергшиеся тепловому шоку, помещали в ту же культуру, что и матки, подвергшиеся тепловому шоку, волосковые клетки в необработанной сумке были защищены от гибели клеток после воздействия ототоксичного антибиотика. Скорее всего, это могло произойти только в том случае, если бы поддерживающие клетки, подвергшиеся тепловому шоку, совместно использовали свой HSP70, поскольку не подвергшиеся тепловому шоку клетки не генерировали собственный HSP70. Кроме того, когда исследователи использовали методы предотвращения выработки или секреции HSP70 в маточках, подвергшихся тепловому шоку, этот защитный эффект исчез.
Исследователи ожидали увидеть, что волосковые клетки в конечном итоге воспользуются HSP70, продуцируемым поддерживающими клетками, подвергшимися тепловому шоку, но этого не произошло. Используя три разных лабораторных метода, они не смогли найти следы HSP70 внутри волосковых клеток в маточках мышей.
Доктор. Каннингем говорит, что это может означать одно из двух. Одна из возможностей состоит в том, что только крошечные количества HSP70 на слишком низком уровне, чтобы быть обнаруженным, поглощаются волосковыми клетками. Во-вторых, HSP70 работает вне клетки, возможно, прикрепляясь к рецептору, который не нужно принимать в волосковую клетку для активации защитного сигнального пути. Последующая работа в Dr. Лаборатория Каннингема попытается определить такой рецептор.
Результаты других лабораторий, изучающих поддерживающие клетки во внутреннем ухе, показали, что эти клетки также могут убивать волосковые клетки, которые слишком повреждены для восстановления. "Когда волосковая клетка находится в состоянии стресса, похоже, что поддерживающая клетка – это та, которая решает, выживет она или умрет," сказал доктор. Каннингем.
Еще предстоит объяснить, как волосковая клетка сигнализирует о том, что у нее проблемы, как поддерживающая клетка воспринимает сигнал и, в конечном итоге, как поддерживающая клетка решает, что она собирается спасти волосковую клетку или убить ее.
Однако полное понимание защитного механизма не требуется, чтобы использовать его клинический потенциал. Доктор. Каннингем и ее коллеги в сотрудничестве с клинической группой из NIDCD планируют испытание на людях, чтобы изучить способы индукции выработки HSP70 во внутреннем ухе перед лечением ототоксическими препаратами.