Molecular basis of mammalian cochlear regeneration

哺乳动物耳蜗再生的分子基础

基本信息

  • 批准号:
    10682272
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 67.63万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-05-01 至 2028-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract: Sensorineural hearing loss affects 1.5 billion people worldwide, with the primary pathology being the irreversible loss of cochlear hair cells and supporting cells. Although hearing aids and cochlear implants can improve hearing, we currently lack the ability to reverse the underlying pathology of hearing loss-hair cell and supporting cell loss. Recent studies found that defined transcription factors can reprogram endogenous cochlear supporting cells to directly acquire a hair cell fate, however, the hair cells formed are limited both in number and degree of maturation. Moreover, this non-mitotic approach, coined direct transdifferentiation, leads to a loss of the overall supporting cell population. Thus, a better understanding of 1) mitotic regeneration of supporting cells and 2) how regenerated hair cells in the cochlea mature is critical. In this proposal, we will test whether singular or combinatorial application of transcription factors can replenish hair cells and supporting cells in the immature and mature mouse cochlea. In preliminary and recently published data using transgenic mouse models, we found that 1) greater epithelial ridge (GER) cells, instead of being a transient structure during development, migrate into the organ of Corti to regenerate lost supporting cells and mature to become the supporting cell subtype inner phalangeal cells, which are critical for the survival of inner hair cells, 2) damage induces GER cells to robustly proliferate and upregulate transcription factors associated with proliferation, 3) Atoh1 overexpression robustly induces new hair cell formation in the GER, which mature to become inner hair cell- and outer hair cell-like cells. The first aim will test the hypothesis that damage-responsive transcription factors promote mitotic regeneration in the neonatal and damaged mature cochlea. In the second aim, we will use regenerated hair cells in the GER as a model system to characterize the spatiotemporal features by which regenerated hair cells mature and then test whether the outer hair cell factor Ikzf2 enhances an outer hair cell fate. Moreover, we will examine the ability of combination of hair cell transcription factors to induce hair cell regeneration and maturation in the damaged mature cochlea. To gain an unbiased insight into the genetic signature of ectopic supporting cells and hair cells, the third aim will probe the transcriptomes of GER-derived hair cells and supporting cells. We will reveal their genetic landscape using bioinformatic approaches to define genes marking progenitors and regenerated supporting cells and hair cells and candidate genes driving regeneration. In summary, we will apply state-of-the-art technologies (live cell imaging, electrophysiology, snRNA-seq, inner ear surgery, viral transduction) to study the mechanisms of supporting cell and hair cell regeneration. We have assembled a team of experts who have worked together to collect promising preliminary data. At the end of this 5-year proposal, we will have determined 1) whether transcription factors can enhance cochlear regeneration 2) mechanisms dictating regeneration of supporting cells and hair cells in mammals.
摘要:感音神经性听力损失影响着全世界 15 亿人,其主要病理是 耳蜗毛细胞和支持细胞不可逆转的损失。尽管助听器和人工耳蜗可以 改善听力,我们目前缺乏逆转听力损失的根本病理学——毛细胞和 支持细胞损失。最近的研究发现,特定的转录因子可以重新编程内源性耳蜗 支持细胞直接获得毛细胞命运,然而形成的毛细胞数量和数量都有限 成熟程度。此外,这种非有丝分裂方法,即直接转分化,会导致 总体支持细胞群。因此,更好地理解 1) 支持细胞的有丝分裂再生 2)耳蜗中的再生毛细胞如何成熟至关重要。 在这个提案中,我们将测试转录因子的单一或组合应用是否可以 补充未成熟和成熟小鼠耳蜗中的毛细胞和支持细胞。初步和近期 使用转基因小鼠模型发表的数据,我们发现1)更大的上皮脊(GER)细胞,而不是 作为发育过程中的短暂结构,迁移到柯蒂氏器官以再生丢失的支持细胞 并成熟成为支持细胞亚型内指骨细胞,这对于生存至关重要 内毛细胞,2) 损伤诱导 GER 细胞强劲增殖并上调转录因子 与增殖相关,3) Atoh1 过度表达强烈诱导 GER 中新毛细胞的形成,这 成熟成为内毛细胞和外毛细胞样细胞。 第一个目标将检验损伤响应转录因子促进有丝分裂的假设 新生儿和受损的成熟耳蜗的再生。在第二个目标中,我们将使用再生毛细胞 在 GER 中作为模型系统来表征再生毛细胞成熟的时空特征 然后测试外毛细胞因子Ikzf2是否增强外毛细胞命运。此外,我们将检查 毛细胞转录因子的组合诱导毛细胞再生和成熟的能力 成熟的耳蜗受损。公正地了解异位支持细胞的遗传特征和 毛细胞,第三个目标是探测 GER 衍生的毛细胞和支持细胞的转录组。我们将 使用生物信息方法揭示其遗传景观,以定义标记祖细胞的基因,并 再生支持细胞和毛细胞以及驱动再生的候选基因。 总之,我们将应用最先进的技术(活细胞成像、电生理学、snRNA-seq、 内耳手术、病毒转导)来研究支持细胞和毛细胞再生的机制。我们 组建了一个专家团队,他们共同努力收集有希望的初步数据。在最后 在这个 5 年提案中,我们将确定 1) 转录因子是否可以增强耳蜗 再生2) 决定哺乳动物支持细胞和毛细胞再生的机制。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Loss of Pax3 causes reduction of melanocytes in the developing mouse cochlea.
Pax3 的缺失会导致发育中的小鼠耳蜗中黑色素细胞的减少。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024-01-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Udagawa, Tomokatsu;Takahashi, Erisa;Tatsumi, Norifumi;Mutai, Hideki;Saijo, Hiroki;Kondo, Yuko;Atkinson, Patrick J;Matsunaga, Tatsuo;Yoshikawa, Mamoru;Kojima, Hiromi;Okabe, Masataka;Cheng, Alan G
  • 通讯作者:
    Cheng, Alan G
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