Nervceller specialiserade på att koda ljud uppstår innan födseln
Vissa nervcellstyper i hörselorganet är nödvändiga för att koda olika ljudegenskaper och föra dem vidare till hjärnan. Forskare vid Karolinska Institutet kan nu visa på en tidig neuronal aktivitetsoberoende uppkomst av de olika subtyperna av hörselnervceller, före födseln hos möss. Resultaten har nyligen publicerats i Nature Communications.
Tidigare studier har gett tvetydiga resultat om huruvida de olika subtyperna av hörselneuroner uppstår under pre- eller postnatal utveckling, med, i det senare fallet, en möjlig roll av neuronal aktivitet för att generera deras mångfald. I denna nya studie visar forskare att ödet för hörselneuronsubtyperna är genetiskt styrt under den prenatala perioden, och avslöjar de komplexa molekylära nätverk som styr deras uppkomst.
Varför är resultaten viktiga?
‒ Våra resultat visar att de flesta aspekter som är direkt kopplade till den funktionella mångfalden av hörselneuroner verkar vara inneboende och molekylärt definierade före födseln, säger Francois Lallemend, senior forskare vid Institutionen för neurovetenskap och sista författare till artikeln.
‒ Detta har konsekvenser delvis för hur vi kan tolka perifera hörselfunktioner (dys-) funktioner vid födseln men och delvis för att utforma sätt att konvertera nervcellstyper i patologiska tillstånd eller vid medfödd döv cochlea och förhoppningsvis kunna förbättra hörseln.
Hur utfördes studien?
‒ Vi har kartlagt genuttrycket av hörselneuroner under flera dagars utveckling, med hjälp av en metod kallad encellstranskriptomik, och har använt avancerade analysverktyg för att avslöja ett hierarkiskt träd av neuronal diversifiering, säger Saida Hadjab, huvudforskare vid Institutionen för neurovetenskap och medförfattare till artikeln. ‒ Vi har kunnat, på enstaka cellnivå och i detalj, utforska dynamiken i molekylära utvecklingsförändringar allteftersom nervcellstyper divergerar och deras identiteter förvärvas.
‒ Vi publicerar hela det molekylära programmet som definierar diversifieringshändelserna. Vi använder sedan musgenetik för att funktionellt utvärdera detta program och så småningom jämföra det med redan publicerade dataset av dövhetsgener, vilket avslöjar dövhetsgener associerade med neuronal differentiering ", fortsätter hon.
Nästa steg
För flera år sedan visade forskarna att neuronal mångfald i det perifera hörselsystemet hade en stark molekylär grund, vilket gjorde det möjligt att manipulera varje subtyp för att bättre förstå deras roll inom hörseln.
Tack vare denna studie kan forskarna demonstrera de molekylära program som definierar denna mångfald innan det perifera hörselsystemet ens är aktivt.
– Nästa steg är att undersöka om och hur denna mångfald påverkas vid patologiska tillstånd, till exempel efter bullertrauma eller vid åldrande, och använda vår nya molekylära kunskap och våra verktyg för att återställa hörselneuronfunktionen och normal hörsel, säger Francois Lallemend.
Studien har finansierats av Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Karolinska Institutet, Ming Wai Laus Stiftelse, Hjärnfonden och Tysta Skolans stiftelse.
Publikation
Single-cell RNA-sequencing analysis of the developing mouse inner ear identifies molecular logic of auditory neuron diversification.
Petitpré C, Faure L, Uhl P, Fontanet P, Filova I, Pavlinkova G, Adameyko I, Hadjab S, Lallemend F
Nat Commun 2022 Jul;13(1):3878
Rotationerna visar formen på hårcellernas och spiralganglioncellernas struktur ur fler perspektiv. Sedan zoomas det till hårcellerna / spiralganglionprocesserna / spiralganglionneuroner på cochleaens bas, och, som på en stege, så rör sig bilden långsamt uppåt mot cochleaens topp. Denna rumsliga organisation av hårceller i Korti-organet är viktig vid diskriminering av lägre och högre frekvensröster. Därefter zoomas det ytterligare till de apikala inre hårcellerna.