Neue Forschung deckt Schlüsselfaktor auf, der die Ohrentwicklung in frühen Stadien steuert

Eine neue Studie unter der Leitung von King, veröffentlicht in Proceedings of the National Academy of Sciences, hat herausgefunden, dass ein einzelner Faktor (ein als Sox8 bekanntes proteincodierendes Gen) dazu führen kann, dass Nicht-Ohr-Zellen während der Embryonalentwicklung Ohrcharakter annehmen. Die Ergebnisse zeigen nicht nur, wie Zellschicksalentscheidungen im Embryo reguliert werden, sondern können auch Reprogrammierungs- und Regenerationsstrategien für die Fehlbildungen der Ohrentwicklung informieren.

Das Innenohr ist für den Hör- und Gleichgewichtssinn verantwortlich und von entscheidender Bedeutung für die Kommunikation mit der Umwelt. Beim Menschen haben entwicklungsbedingte Fehlbildungen des Ohrs lebenslange Folgen, während altersbedingte Hörstörungen einen großen Teil der Bevölkerung betreffen. Derzeit gibt es keine Therapien mit biologischen Ansätzen – nur Hörgeräte oder Cochlea-Implantate, da die normale Entwicklung des Ohrs nicht vollständig verstanden und viele der steuernden Faktoren nur unzureichend charakterisiert sind.

Forscher der Fakultät für Zahnmedizin, Mund- und Gesichtswissenschaften am King’s untersuchten in Zusammenarbeit mit Kollegen des Francis Crick Institute die frühesten Schritte in der Ohrentwicklung, um festzustellen, was dazu führt, dass Zellen zu Ohrzellen werden, und was sie von Zellen unterscheidet, die sich bilden andere Sinnesorgane.

„Die Entwicklung des Ohrs ist ein faszinierender Prozess, und unsere Ergebnisse liefern ein grundlegendes Sprungbrett, um zu verstehen, wie multipotente Vorläufer während der normalen Entwicklung zu definitiven Ohrzellen werden und welche Prozesse bei Krankheiten schief gehen“, sagte Dr. Ailin Leticia Buzzi, Hauptautorin der Studie

Das Innenohr des Erwachsenen hat eine sehr komplexe Anatomie. Es enthält viele verschiedene Zelltypen wie sensorische Haarzellen, die Schall- und Gleichgewichtsinformationen von der Außenwelt empfangen und in ein elektrisches Signal umwandeln, das von Neuronen des Cochlear-Vestibular-Ganglion an das Gehirn weitergeleitet wird. Stützzellen unterstützen die Haarzellen bei ihrer Aufgabe, während andere Zellen darauf spezialisiert sind, für die richtige Zusammensetzung der Innenohrflüssigkeit zu sorgen.

Trotz dieser Komplexität entwickelt sich das Ohr während der Embryonalentwicklung aus einer einfachen Zellschicht, die zunächst ein Bläschen bildet, das sich dann allmählich in die erwachsene Struktur umwandelt. Dabei differenzieren sich verschiedene Zelltypen am richtigen Ort und zur richtigen Zeit. Dies ist unglaublich kompliziert und erfordert die Koordination vieler verschiedener Prozesse.

„Es ist bemerkenswert, dass ein einziger Transkriptionsfaktor das ‚Ohrprogramm‘ in Zellen aktivieren kann, die normalerweise nie das Ohr bilden. Unsere Ergebnisse könnten den Weg ebnen, um in Zukunft jede Zelle in Richtung Ohridentität umzuprogrammieren“, sagte Professor Andrea Streit, korrespondierende Autorin und Leiter des Zentrums für kraniofaziale und regenerative Biologie

Mit einer Kombination verschiedener Methoden, die von embryologischen Ansätzen bis hin zu modernsten molekularen Methoden reichen, identifizierte das Team von King’s einen einzigen Faktor, der das Ohrprogramm initiiert: den Transkriptionsfaktor Sox8. Transkriptionsfaktoren regulieren andere Gene, um sicherzustellen, dass sie während des gesamten Lebens der Zelle und des Organismus in den gewünschten Zellen zur richtigen Zeit und in der richtigen Menge exprimiert werden.

Die Expression von Sox8 in Nicht-Ohr-Zellen, die normalerweise andere Sinnesorgane erzeugen, führt dazu, dass sie Vesikel bilden, die wie Ohr-Vesikel aussehen und eine ähnliche genetische Ausstattung wie normale Ohr-Vesikel haben. Noch überraschender ist, dass sie nicht nur in der Nähe des normalen Ohrs, sondern überall auf dem Kopf zu finden sind und wie das normale Ohr Neuronen erzeugen. Dies ist ein wichtiges Ergebnis, da es das erste Mal ist, dass ein Faktor nicht nur die morphologischen Veränderungen induziert, die während der normalen Ohrbildung auftreten, sondern auch das Programm zur Produktion spezialisierter Zelltypen im Ohr aktiviert: die Neuronen.

Zukünftige Forschung muss herausfinden, wie Sox8 funktioniert und ob es allein oder mit Co-Faktoren funktioniert. Die Autoren hoffen, dass dies zu einem Weg zur Umprogrammierung anderer Zellen in Ohrzellen führen und die regenerative Strategie für Fehlbildungen der Ohrentwicklung informieren wird.