30000 -细胞研究地图声音传感的发展在鼠标内耳
一组研究人员已经生成发展的一个关键的声音感知地图在鼠标内耳结构。科学家在国家耳聋和其他沟通障碍研究所(NIDCD),美国国立卫生研究院的一部分,和他们的合作者分析数据来自30000个细胞小鼠耳蜗,snail-shaped内耳结构。结果提供见解遗传程序驱动检测细胞的形成重要的声音。研究还揭示专门听力损失的根本原因与恰当牵拉和Loeys-Dietz综合症。
研究数据在一个独特的平台开放共享任何研究员,创造前所未有的资源,这将使得未来的研究听力损失。由马修·w·凯利博士的部分发育神经科学NIDCD,这项研究发表在自然通讯(外部链接)。研究小组包括调查人员马里兰大学医学院,巴尔的摩;分贝疗法,波士顿;和伦敦国王学院。
“与许多其他类型的细胞在体内,感觉细胞,使我们听时没有再生能力受损或病变的,”主管NIDCD Debara l . Tucci医学博士,他也是一个头颈外科医生。“通过澄清我们对这些细胞是如何形成的理解在发展中内耳,这项工作是一项重要的资产,科学家致力于干细胞疗法可以治疗或逆转某些形式的内耳听力损失。”
在哺乳动物中,声音的主要传感器毛细胞,分布在薄带组织(螺旋器)盘绕耳蜗的长度。有两种类型的毛细胞,内毛细胞和外毛细胞,它们是由几种类型的结构上和功能上持续支持细胞。在开发期间,一个几乎相同的祖细胞池产生这些不同的细胞类型,但因素,指导的祖细胞转变成毛细胞并不完全理解。
了解耳蜗形式,凯利的团队利用一种称为RNA单细胞测序的方法。这一强大的技术使研究人员分析单个细胞的基因活动模式。科学家们可以学习很多关于细胞模式的活跃的基因,因为基因编码蛋白质,定义一个细胞的功能。在开发过程中细胞的基因活动模式的改变或对环境的反应。
“只有几千耳蜗毛细胞,和他们在一个复杂的镶嵌排列紧密,的安排,使细胞难以分离和描述,”凯利说。“单细胞RNA序列为我们提供了一个有价值的工具来跟踪单个细胞的行为,他们将在发展中耳蜗的错综复杂的结构。”
建立在他们的早期作品301个细胞,凯利的团队着手检查30000个细胞的基因活动概要文件从鼠标cochleae收集四个时间点,从胚胎发育的第14天开始和结束的第七产后的一天。集体,数据代表一个庞大的信息,研究人员可以使用目录探讨耳蜗开发和研究的基因构成遗传形式的听力障碍。
凯利的团队专注于一个这样的基因,Tgfbr1,已与与听力损失相关的两个条件,恰当牵拉和Loeys-Dietz综合症。数据显示Tgfbr1活跃在外毛细胞前体早在胚胎发育的第14天,这表明基因对启动这些细胞的形成很重要。
探索Tgfbr1所扮演的角色,研究人员封锁了Tgfbr1 cochleae从14.5天的小鼠胚胎蛋白质的活动。当他们检查cochleae五天后,他们看到更少的外毛细胞胚胎小鼠相比cochleae Tgfbr1阻滞剂没有处理。这一发现表明,听力损失与Tgfbr1突变可能源于外毛细胞受损在开发过程中形成的。
研究显示额外的洞察耳蜗发育的早期阶段。内外毛细胞的发育途径分化早期;研究人员观察到不同的基因活动模式在最早的时间点在这项研究中,胚胎发育的第14天。这表明,这些细胞的前体中并不像此前认为的制服。进一步的研究需要在早期细胞收集描述的初始步骤毛细胞的形成。
在将来,科学家也许能够使用数据来引导干细胞头发细胞谱系,帮助生产他们所需要的特殊细胞来测试细胞替代方法扭转某些形式的听力损失。该研究的研究结果还代表一种宝贵的资源在先天性听力机制以及它如何出错形式的听力损失。
作者让他们的数据可以通过齿轮门户(外部链接)(资源)的基因表达分析,基于网络平台共享、可视化和分析大型multiomic数据集。门户网站是由罗娜Hertzano、医学博士博士和她的团队在耳鼻喉科学和基因组科学研究所(IGS)(外部链接)马里兰大学医学院的。
“RNA单细胞测序数据非常复杂,通常需要大量的技巧来访问,“Hertzano说。通过齿轮”,传播本研究数据,我们正在创造一个“百科全书”的基因表达在发展中内耳,转换领域的知识库,使这个健壮的信息开放和生物学家和其他研究人员可以理解。”
本新闻稿中描述了一个基本的研究发现。基础研究增加了我们对人类行为的理解和生物学,这是推进基本新的和更好的方法来预防,诊断和治疗疾病。科学是不可预知的和渐进的过程;每个研究进展都建立在过去发现,经常以意想不到的方式。大多数临床进步都离不开通过基础研究获得的知识。
参考:Kolla, L。凯利,m . C。曼,z . F。Anaya-Rocha,。埃利斯,K。、柠檬、。巴勒莫,a . T。,所以,k . S。梅斯,j . C。Orvis, J。、烧伤、j . C。Hertzano, R。、司机、e . C。&凯利,m . w . (2020)。描述发展的小鼠耳蜗上皮在单细胞水平。 Nature Communications, 11(1), 1–16.https://doi.org/10.1038/s41467 - 020 - 16113 - y
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