Neue Subtypen von Spiralganglionneuronen der Cochlea etndeckt

Eine neue Studie US-amerikanischer Forschern beleuchtet das molekulare Repertoire von Spiralganglionneuronen, die für die Kodierung von Schall im Innenohr verantwortlich sind. Dies könnte die Entwicklung therapeutischer Strategien zur Behandlung oder zum Schutz vor Hörverlust beeinflussen.

Das Team Lisa Goodrich, Professorin für Neurobiologie an der Harvard Medical School konnte zeigen, dass die Klasse der Spiralganglionneuronen, die für die Übertragung von Informationen vom Innenohr zum Gehirn verantwortlich sind, aus drei molekular unterschiedlichen Subtypen besteht. Einer dieser Subtypen geht in den Innenohren alternder Mäuse selektiv verloren. 

“Unsere Ergebnisse ermöglichen neue Forschungslinien, die uns helfen können, genau zu verstehen, wie sich diese Neuronen voneinander unterscheiden und wie diese Unterschiede zum Hörsinn beitragen, mit zusätzlichen Implikationen für die Behandlung von altersbedingten und angeborenen Hörverlusten”, sagte Goodrich, Erstautorin der Studie.

In der Cochlea verwandeln Haarzellen die Schallschwingungen in bioelektrische Signale. Diese Signale werden von Spiralganglionneuronen (SGNs) verarbeitet und an das Gehirn weitergeleitet. Schäden an Haarzellen oder SGNs können zu Hörverlust führen.

SGNs fallen in zwei große Kategorien. Das meiste von dem, was wir unter Hören verstehen, wird von sogenannten Typ-I-SGNs kodiert, die die inneren Haarzellen mit dem Gehirn verbinden. Frühere Studien haben gezeigt, dass innerhalb von Typ-I-SGNs bestimmte Untergruppen Unterschiede in der elektrischen Ausgangsaktivität und in der Reaktion auf Schall aufweisen. Eine Untergruppe gilt als empfindlicher gegenüber Lärm und altersbedingten Verlusten. Bislang war jedoch nichts darüber bekannt, wie sich diese Neuronen auf molekularer Ebene unterscheiden.

Unter der Leitung von Brikha Shrestha, einem Wissenschaftler an der HMS, untersuchte das Team ob eigenständige molekulare Formen unter Typ-I-SGN-Neuronen existieren. Die Forscher sammelten SGNs aus verschiedenen Regionen der Cochlea und katalogisierten die Gene umfassend, die in einzelnen Neuronen exprimiert wurden.

Die Analysen des Teams zeigten, dass Typ-I-SGNs genetisch nicht einheitlich sind. Stattdessen fallen sie in drei unterschiedliche Subtypen, die von den Forschern als Ia, Ib und Ic bezeichnet wurden. Diese Ergebnisse unterstützen zuvor veröffentlichte physiologische und anatomische Beschreibungen verschiedener SGN-Untergruppen.Mittels der molekularen Marker untersuchte das Team, wie SGNs bei verschiedenen Formen von Hörverlust betroffen sind. Als Chester Chia, ein Doktorand im Goodrich-Labor, alternde Mäuse analysierte, fand er, dass bei ihnen einer der SGN-Subtypen, Ic, selektiv verloren ist. Dies bestätigt die Ergebnisse früherer Studien.

Zusätzliche Analysen zeigten, dass einige molekulare Signaturen der drei Typ-I-SGN-Subtypen bei der Geburt vorhanden sind und dass die Etablierung von Subtypformen entscheidend von der elektrischen Aktivität abhängt, die durch innere Haarzellen während der ersten postnatalen Woche induziert wird.

In einem Stamm von kongenital gehörlosen Mäusen entwickelten sich diese Subtypen nicht richtig, was nahelegt, dass die SGN-Diversität durch jede Art von erblicher Gehörlosigkeit verändert sein könnte, die die Cochlea-Funktion früh in ihrem Leben verhindert.

“Dies kann die Wirksamkeit von Strategien zur Wiederherstellung des Gehörs durch genetische Korrektur von Haarzellendefiziten oder sogar die Verwendung von Cochlea-Implantaten beeinflussen – die erforderliche Kohorte von SGNs, die notwendig ist, um die Komplexität von Klanginformationen vollständig zu erfassen, ist möglicherweise nicht vorhanden”, sagte Goodrich.

Um die Subtypen weiter zu charakterisieren, nutzten die Forscher die einzigartige Anatomie der Cochlea. Verschiedene Bereiche des Organs erfassen Töne unterschiedlicher Frequenzen, wobei hohe Frequenzen an der Basis und tiefe Frequenzen an der Spitze verarbeitet werden. Da Frequenzen in der Cochlea so zuverlässig abgebildet werden, war die Gruppe auch in der Lage, SGNs von verschiedenen Positionen zu vergleichen, um zusätzliche molekulare Variationen innerhalb und über Subtypen aufzudecken.

“Diese Ergebnisse haben Auswirkungen auf die Rolle, die diese Neuronen bei der Codierung verschiedener Klangfacetten spielen und sie an höhere Gehirnzentren weiterleiten”, sagte Goodrich.Frühe Forschungen von M. Charles Liberman, dem HMS Schuknecht Professor für Otologie und Laryngologie bei Mass. Eye and Ear und einem Co-Autor der neuen Studie, waren die ersten, die physiologische Unterschiede zwischen den Typ-I-SGNs aufdeckten. Einige sind extrem empfindlich gegenüber Schall und zeigen eine hohe elektrische Aktivität auch ohne jegliche Schallstimulation, während andere viel weniger empfindlich sind und viel niedrigere spontane Feuerraten (SRs) zeigen.

Seit diesen frühen Studien wurden Typ-I-SGNs als niedrige, mittlere oder hohe SR-Subtypen identifiziert, von denen jeder unterschiedliche anatomische Eigenschaften aufweist. Frühere Studien haben gezeigt, dass beispielsweise bei alternden Ohren weniger Low-SR-Fasern vorhanden sind, was durch die neuen Erkenntnisse des Teams gestützt wird.

“Es ist erfreulich zu sehen, dass die physiologische Klassifikation eine klare molekulare Grundlage hat und aufregend ist, dass wir jetzt beginnen können, jeden Subtyp selektiv zu manipulieren, um seine Rolle beim Hören besser zu verstehen”, sagte Liberman.

Goodrich und Shrestha untersuchen nun, wie elektrische Aktivität die Diversifizierung dieser Subtypen stimuliert und ob SGNs die Fähigkeit haben, ihre Identität im Laufe der Zeit zu ändern. Das Team hofft auch, die molekulare Diversität von SGN beim Menschen zu erforschen, die bei der Wiederherstellung der Funktion von tauben und alternden Cochleas helfen könnte.