抑制Notch信号通路对耳蜗毛细胞纤毛再生修复作用的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81870718
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1404.听觉异常与平衡障碍
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The senses of hearing and balance depend upon hair cells, the sensory receptors of the inner ear. Hair cells transduce mechanical stimuli into electrical activity. The site of mechanotransduction is the hair bundle, an array of stereocilia with different height connected by side- and tip-links. The stereocilia bundle and tip links are susceptible to acoustic trauma and ototoxic drugs. It has been shown that the damaged hair cells can undergo spontaneous repair in chick and frog hair cells. In organ cultures of the bullfrog saccule, hair cells that lost their hair bundles as a result of sublethal antibiotics treatment survived as bundleless cells for at least one week. New hair bundles emerge between 4 and 7 days in the absence of mitosis. Utriclar hair cells from neonatal rodents can also survive gentamicin insult and regenerate the lost stereocilia in culture. Cochlear hair cells, however, no longer retain that capability despite of the fact that the bundleless hair cells can survive up to 12 days in culture. The long-term goal of my laboratory is to explore strategies that can regenerate lost stereocilia in cochlear hair cells. The Notch signaling pathway, an evolutionary conserved molecular mechanism involved in the determination of a variety of cell fates, plays multiple roles during vertebrate inner ear morphogenesis. Notch signaling first specifies prosensory progenitors through lateral induction and subsequently directs progenitors to further differentiate into supporting cells by preventing supporting cells from adopting hair cell fate through lateral inhibition. Our recent study showed that pharmacological inhibition of the canonical Notch pathway in the cultured organ of Corti induced generation of stereocilia bundles in supporting cells and supernumerary stereocilia in hair cells. The newly emerged stereocilia bundles were able to respond to mechanical stimulation with mechanotransduction current, suggesting that suppression of Notch signaling is sufficient for formation of functional stereocilia bundles. In the proposed study, we will test the hypothesis that inhibition of Notch signaling can lead to regeneration of lost stereocilia in cochlear hair cells. We have two specific aims. In Aim 1, we will determine whether blocking Notch signaling by application of LY-411575 (a γ-secretase inhibitor) will promote stereocilia regeneration in cochlear hair cells in the tissue culture of the organ of Corti from neonatal mice where stereocilia bundles were removed by the suction pipette technique. We will also examine the molecular mechanisms of stereocilia regeneration by examining changes in gene expression of hair cells at different time points during regeneration using RNA-seq-based transcriptome analysis of hair cells during bundle regeneration. Hair bundle regeneration will be examined using confocal and scanning electron microscopy, whereas the function of the regenerated bundles will be examined by measuring mechanotransduction current using the whole-cell voltage-clamp technique. In Aim 2, we will explore whether application of LY-411575 will lead to regeneration and repair of lost and damaged stereocilia bundles and restore hearing in adult mice after exposed to impulsive noise. Hair bundle morphology will be examined using confocal and electron microscopy while auditory function will be evaluated by measuring auditory brainstem response and cochlear microphonic. The proposed research is highly significant since hair cell and hearing loss usually starts with loss and damage of stereocilia bundles after exposure to impulsive noise or low dosage of ototoxic drugs. Therefore, repair and regeneration of stereocilia bundles will be critical for preventing subsequent hair cell loss and for restoring hearing. This study is also expected to provide mechanistic understanding of the genes and pathways underlying stereocilia bundle generation in response to Notch inhibition.
耳蜗毛细胞损伤可导致永久性听力损失,细胞顶端静纤毛束的损伤、脱落是耳蜗毛细胞受损后最常见表现。纤毛受损后,非哺乳动物的毛细胞可自发再生修复,哺乳动物前庭毛细胞也具有一定自发修复能力,哺乳动物的耳蜗毛细胞却丧失自发再生修复功能,对此目前尚无有效干预办法。已有实验证实,纤毛损伤后耳蜗毛细胞仍可存活十天以上,这个时间窗是挽救性治疗听力的关键。Notch信号在内耳细胞发育分化中起到重要作用,我们前期工作已证实,在培养组织中抑制Notch信号,不仅使支持细胞长出纤毛束,且使耳蜗毛细胞生长出更多的静纤毛,这些纤毛同样具有机电转换功能。因此拟用免疫组化、扫描电镜、听力检测等方法,观察抑制Notch信号,在培养组织中能否促使耳蜗毛细胞受损纤毛出现再生修复,在实验小鼠中能否利用这种修复机制挽救其受损听力。如果实验结果肯定,将为挽救性治疗各种原因所致耳蜗毛细胞早期损伤提供重要的依据和思路,具有重要的临床意义。

结项摘要

耳蜗毛细胞损伤可导致永久性听力损失,细胞顶端静纤毛束的损伤、脱落是耳蜗毛细胞受损后最常见表现。纤毛受损后,非哺乳动物的毛细胞可自发再生修复,哺乳动物前庭毛细胞也具有一定自发修复能力,哺乳动物的耳蜗毛细胞却丧失自发再生修复功能。Notch信号在内耳细胞发育分化中起到重要作用,我们发现,在新生小鼠培养组织中抑制Notch信号,不仅使支持细胞长出纤毛束,且使耳蜗毛细胞生长出更多的静纤毛,这些纤毛同样具有机电转换功能。在本课题中,我们建立了新生小鼠内耳基底膜培养组织的毛细胞纤毛机械损伤模型,并观察使用LY-411575抑制Notch信号后促进损伤纤毛再生修复的效果,明确了在培养组织中,抑制Notch信号后可以使纤毛受损的毛细胞有新生纤毛出现。随后,我们建立了耳毒性药物毛细胞损伤小鼠模型,并观察半规管给药抑制Notch信号对腹腔注射庆大霉素导致的内耳毛细胞损伤的影响,确定抑制notch信号对耳毒性药物(庆大霉素)造成的毛细胞损伤的保护作用。(相关文章已发表:Yi Li, et al. Frontiers in Cellular Neuroscience., 2020; Tianying Wang, et al. Frontiers in Neurology ,2022)同时我们观察分析了衰老小鼠的耳蜗内外毛细胞的细胞学及其纤毛、细胞电生理及基因表达的改变,获得了在衰老过程中明显差异性表达的基因的数据库。(相关文章已发表:Huizhan Liu, et al. Cell Reports.,2022) 并对目标基因Slc7a14建立全敲除小鼠模型以及单个氨基酸突变的Knock-in小鼠模型,在此模型基础上采用形态学、分子生物学、共聚焦显微镜、免疫组化等一系列实验方法验证此基因在细胞内的表达部位、功能及其突变对听功能及其他感觉系统的影响。(相关文章已发表:Kimberlee P. Giffen, et al. Science Advances, 2022) 本实验结果可为挽救性治疗各种原因所致耳蜗毛细胞早期损伤提供重要的依据和思路,具有重要的临床意义。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Endolymphatic Potential Measured From Developing and Adult Mouse Inner Ear.
从发育中和成年小鼠内耳测量内淋巴电位
  • DOI:
    10.3389/fncel.2020.584928
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Frontiers in cellular neuroscience
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Li Y;Liu H;Zhao X;He DZ
  • 通讯作者:
    He DZ
Molecular and cytological profiling of biological aging of mouse cochlear inner and outer hair cells.
小鼠耳蜗内毛细胞和外毛细胞生物衰老的分子和细胞学分析
  • DOI:
    10.1016/j.celrep.2022.110665
  • 发表时间:
    2022-04-12
  • 期刊:
    CELL REPORTS
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Liu, Huizhan;Giffen, Kimberlee P.;Chen, Lei;Henderson, Heidi J.;Cao, Talia A.;Kozeny, Grant A.;Beisel, Kirk W.;Li, Yi;He, David Z.
  • 通讯作者:
    He, David Z.
Occlusion of two semicircular canals does not disrupt normal hearing in adult mice.
两个半规管闭塞不会影响成年小鼠的正常听力
  • DOI:
    10.3389/fneur.2022.997367
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    FRONTIERS IN NEUROLOGY
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Wang, Tianying;Liu, Huizhan;He, David Z.;Li, Yi
  • 通讯作者:
    Li, Yi

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其他文献

HCG日不同优势卵泡比例对IVF/ICSI妊娠结局的影响
  • DOI:
    10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2019.0059
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中山大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林海燕;李予;张清学;李轶
  • 通讯作者:
    李轶
神经减压缓解糖尿病大鼠触诱发痛的机制研究
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1001-2346.2020.02.018
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华神经外科杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张文川
APEC会议期间石家庄市大气污染特征及空气质量保障措施效果评估
  • DOI:
    10.13198/j.issn.1001-6929.2016.02.02
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    环境科学研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王浩;李轶;高健;王淑兰;柴发合;魏金来
  • 通讯作者:
    魏金来
基于SVM的多项式 循环 程序秩函数 程序秩函数 生
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    软件学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李轶;蔡天训;樊建峰;吴文渊;冯勇
  • 通讯作者:
    冯勇
线性循环程序的终止性判定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    系统科学与数学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李轶
  • 通讯作者:
    李轶

其他文献

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李轶的其他基金

抑制Clusterin基因表达对耳蜗外毛细胞保护作用的研究
  • 批准号:
    81600798
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    17.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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