Les chercheurs conçoivent une carte de développement de la structure de détection sonore dans l'oreille interne des souris

Une équipe de chercheurs a généré une carte de développement d'une structure de détection sonore clé dans l'oreille interne de la souris.

Les scientifiques de l'Institut national de la surdité et des autres troubles de la communication (NIDCD), qui font partie des National Institutes of Health, et leurs collaborateurs ont analysé les données de 30000 cellules de la cochlée de souris, la structure en forme d'escargot de l'oreille interne.

Les résultats donnent un aperçu des programmes génétiques qui conduisent à la formation de cellules importantes pour la détection des sons. L'étude met également en lumière spécifiquement la cause sous-jacente de la perte auditive liée au syndrome d'Ehlers-Danlos et au syndrome de Loeys-Dietz.

Les données de l'étude sont partagées sur une plate-forme unique ouverte à tout chercheur, créant une ressource sans précédent qui pourrait catalyser de futures recherches sur la perte auditive.

Menée par Matthew W. Kelley, Ph.D., chef de la Section des neurosciences du développement au NIDCD, l'étude a été publiée en ligne dans Communications Nature. L'équipe de recherche comprend des chercheurs de l'École de médecine de l'Université du Maryland, Baltimore; Decibel Therapeutics, Boston; et King's College de Londres.

« Contrairement à de nombreux autres types de cellules dans le corps, les cellules sensorielles qui nous permettent d'entendre n'ont pas la capacité de se régénérer lorsqu'elles sont endommagées ou malades », a déclaré la directrice du NIDCD, Debara L. Tucci, MD, qui est également oto-rhino-laryngologiste. chirurgien de la tête et du cou.

« En clarifiant notre compréhension de la façon dont ces cellules se forment dans l'oreille interne en développement, ce travail est un atout important pour les scientifiques travaillant sur des thérapies basées sur les cellules souches qui peuvent traiter ou inverser certaines formes de perte auditive de l'oreille interne. »

Chez les mammifères, les principaux transducteurs du son sont les cellules ciliées, qui sont réparties sur un mince ruban de tissu (l'organe de Corti) qui s'étend sur toute la longueur de la cochlée enroulée.

Il existe deux types de cellules ciliées, les cellules ciliées internes et les cellules ciliées externes, et elles sont structurellement et fonctionnellement soutenues par plusieurs types de cellules de soutien.

Au cours du développement, un pool de cellules progénitrices presque identiques donne naissance à ces différents types de cellules, mais les facteurs qui guident la transformation des progéniteurs en cellules ciliées ne sont pas entièrement compris.

Pour en savoir plus sur la formation de la cochlée, l'équipe de Kelley a profité d'une méthode appelée séquençage d'ARN unicellulaire. Cette technique puissante permet aux chercheurs d'analyser les profils d'activité génique de cellules uniques.

Les scientifiques peuvent en apprendre beaucoup sur une cellule grâce à son schéma de gènes actifs, car les gènes codent pour les protéines, qui définissent la fonction d'une cellule. Les modèles d'activité des gènes des cellules changent au cours du développement ou en réponse à l'environnement.

Il n'y a que quelques milliers de cellules ciliées dans la cochlée, et elles sont disposées les unes à côté des autres dans une mosaïque complexe, un arrangement qui rend les cellules difficiles à isoler et à caractériser. Le séquençage d'ARN monocellulaire nous a fourni un outil précieux pour suivre les comportements des cellules individuelles alors qu'elles prennent leur place dans la structure complexe de la cochlée en développement. « 

Matthew W. Kelley, PhD., Chef des neurosciences du développement, NIH / Institut national sur la surdité et autres troubles de la communication

S'appuyant sur leurs travaux antérieurs sur 301 cellules, l'équipe de Kelley a entrepris d'examiner les profils d'activité génique de 30000 cellules de cochlées de souris collectées à quatre moments, en commençant par le 14e jour de développement embryonnaire et en terminant par le septième jour postnatal.

Collectivement, les données représentent un vaste catalogue d'informations que les chercheurs peuvent utiliser pour explorer le développement cochléaire et étudier les gènes qui sous-tendent les formes héréditaires de déficience auditive.

L'équipe de Kelley s'est concentrée sur un de ces gènes, Tgf? R1, qui a été lié à deux conditions associées à la perte auditive, le syndrome d'Ehlers-Danlos et le syndrome de Loeys-Dietz.

Les données ont montré que Tgf? R1 est actif dans les précurseurs des cellules ciliées externes dès le 14e jour de développement embryonnaire, suggérant que le gène est important pour initier la formation de ces cellules.

Pour explorer le rôle de Tgf? R1, les chercheurs ont bloqué l'activité de la protéine Tgf? R1 dans les cochlées d'embryons de souris âgés de 14,5 jours.

Quand ils ont examiné les cochlées cinq jours plus tard, ils ont vu moins de cellules ciliées externes par rapport aux cochlées embryonnaires de souris qui n'avaient pas été traitées avec le bloqueur Tgf? R1.

Cette découverte suggère que la perte auditive chez les personnes présentant des mutations Tgf? R1 pourrait résulter d'une altération de la formation des cellules ciliées externes pendant le développement.

L'étude a révélé des informations supplémentaires sur les premiers stades du développement cochléaire. Les voies de développement des cellules ciliées internes et externes divergent tôt; les chercheurs ont observé des profils d'activité génique distincts au tout début de l'étude, le 14e jour de développement embryonnaire.

Cela suggère que les précurseurs dont ces cellules dérivent ne sont pas aussi uniformes qu'on le croyait auparavant. Des recherches supplémentaires sur les cellules recueillies à des stades antérieurs sont nécessaires pour caractériser les étapes initiales de la formation des cellules ciliées.

À l'avenir, les scientifiques pourraient être en mesure d'utiliser les données pour orienter les cellules souches vers la lignée de cellules ciliées, aidant à produire les cellules spécialisées dont elles ont besoin pour tester les approches de remplacement cellulaire pour inverser certaines formes de perte auditive.

Les résultats de l'étude représentent également une ressource précieuse pour la recherche sur le mécanisme auditif et la façon dont il tourne mal dans les formes congénitales de perte auditive.

Les auteurs ont rendu leurs données disponibles via le portail gEAR (Gene Expression Analysis Resource), une plate-forme Web pour partager, visualiser et analyser de grands ensembles de données multiomiques.

Le portail est mis à jour par Ronna Hertzano, M.D., Ph.D., et son équipe au Département d'oto-rhino-laryngologie et à l'Institut des sciences du génome (IGS) de l'Université de Maryland School of Medicine.

« Les données de séquençage d'ARN unicellulaire sont très complexes et nécessitent généralement des compétences importantes pour y accéder », a déclaré Hertzano.

« En diffusant ces données d'étude via le GEAR, nous créons une » encyclopédie « des gènes exprimés dans l'oreille interne en développement, transformant la base de connaissances de notre domaine et rendant cette information robuste ouverte et compréhensible pour les biologistes et autres chercheurs. »

Ce communiqué de presse décrit un résultat de recherche fondamentale. La recherche fondamentale améliore notre compréhension du comportement humain et de la biologie, ce qui est fondamental pour faire progresser de nouvelles et meilleures façons de prévenir, diagnostiquer et traiter les maladies.

La science est un processus imprévisible et progressif; chaque progrès de la recherche s'appuie sur des découvertes passées, souvent de manière inattendue. La plupart des avancées cliniques ne seraient pas possibles sans les connaissances acquises grâce à la recherche fondamentale.