Wie Fische und Eidechsen ihr Gehör regenerieren – Schlüsselfaktoren identifiziert

Eine aktuelle Studie hat Genregulatoren identifizieren, die es einigen ertaubten Tieren ermöglichen, ihr Gehör zu regenerieren. Die Ergebnisse liefern neue Ansätze zur Behandlung von Hörverlust und Gleichgewichtsstörungen.

Unter der Leitung der Erstautorin Tuo Shi und den Koautoren Ksenia Gnedeva und Gage Crump von der Keck School of Medicine der University Southern California (USC) konzentriert sich die Studie auf zwei Zelltypen im Innenohr: die Haarsinneszellen und die Stützzellen. Bei hoch regenerativen Arten wie Fischen und Eidechsen können sich die Stützzellen nach einer Verletzung auch in Ersatz-Sinneszellen verwandeln – eine Fähigkeit, die bei Menschen, Mäusen und allen anderen Säugetieren fehlt.

Um den Regenerationsprozess besser zu verstehen, untersuchte das Team um Shi, wie Gene, die normalerweise nur in den Sinneszellen vorkommen, in den Stützzellen regenerativer Arten reaktiviert werden können. Dazu ermittelten die Forschenden, wie das Genom in den Sinnes- und Stützzellen der Innenohren von regenerativen Zebrafischen und Grünen Anolis gefaltet ist. Anschließend verglichen sie die DNA-Kontrollelemente für sensorische Gene in Zebrafischen und Grün-Anolis mit denen in Mäusen.

„Indem wir zwei verschiedene regenerative Wirbeltiere – Zebrafische und Eidechsen – mit nicht regenerativen Wirbeltieren wie Mäusen verglichen, fanden wir etwas Grundlegendes über die Art und Weise, wie Sinneszellen ersetzt werden können, um das Gehör bei einigen Wirbeltieren wiederherzustellen“, erläuterte Crump, Professor der Abteilung für Stammzellbiologie und regenerative Medizin an der USC.

Vermehrte Produktion eines bestimmten Proteins

In ihren Experimenten entdeckten die Studienautoren eine Klasse von DNA-Kontrollelementen – „Enhancer“ –, die nach einer Verletzung die Produktion des Proteins ATOH1 verstärken. Das wiederum aktiviert eine Reihe von Genen, die für die Bildung von Sinneszellen im Innenohr erforderlich sind.

Mithilfe der CRISPR-Technik löschten die Forschenden fünf dieser Enhancer in Zebrafischen, was sowohl die Bildung von Hörsinneszellen während der Entwicklung als auch deren Regeneration nach Verletzungen beeinträchtigte. „In der Vergangenheit hatte die Deletion einzelner Enhancer meist keine großen Auswirkungen“, so Crump. „Durch die gezielte Ausschaltung aller fünf Enhancer im Zebrafisch entdeckten wir jedoch ihre entscheidende Rolle sowohl bei der Entwicklung als auch bei der Regeneration“.

Interessanterweise wirkten sich die genetischen Deletionen nur auf die Zellen im Innenohr aus, obwohl Zebrafische dieselbe Art von Sinneszellen in der Seitenlinie besitzen, einem spezialisierten Wasserorgan, das Wasserströmung und Druck wahrnimmt.

Die Forschenden fanden heraus, dass Mäuse gleichwertige Enhancer besitzen. Diese sind während der Embryonalentwicklung in den Vorläuferzellen aktiv, aus denen die Sinnes- und Stützzellen des Innenohrs entstehen. Aber nur regenerative Arten wie Fische und Eidechsen behalten diese Enhancer in einer offenen Konfiguration in ihren Stützzellen bis ins Erwachsenenalter bei und bewahren so ihre Fähigkeit, beschädigte Sinneszellen zu ersetzen.

„In Zukunft könnten gezielte Strategien zur Öffnung dieser Enhancer im menschlichen Innenohr eingesetzt werden, um unsere natürlichen Regenerationsfähigkeiten zu stärken und Taubheit rückgängig zu machen“, hofft Crump.