来自南加州大学NeilSegil干细胞实验室的科学家们已经确定了内耳感觉细胞再生的天然屏障，这些细胞因听力和平衡障碍而丧失。正如在DevelopmentalCell上发表的一项新研究所描述的那样，克服这一障碍可能是使内耳细胞恢复到为再生做好准备的新生儿状态的第一步。
“永久性听力损失影响到60%以上的达到退休年龄的人口，”干细胞生物学和再生医学系教授、南加州大学蒂娜和里克卡鲁索耳鼻喉科-头颈系教授Segil说外科手术。“我们的研究提出了新的基因工程方法，可用于引导胚胎内耳细胞中存在的某些相同的再生能力。”
在内耳中，听觉器官，也就是耳蜗，包含两种主要类型的感觉细胞：“毛细胞”，具有毛状细胞突起，可以接收声音振动；以及发挥重要结构和功能作用的所谓“支持细胞”。
当脆弱的毛细胞受到巨大噪音、某些处方药或其他有害物质的损害时，老年哺乳动物的听力损失将是永久性的。然而，在生命的最初几天，实验室小鼠保留了支持细胞通过称为“转分化”的过程转化为毛细胞的能力，从而使听力损失恢复。到一周大时，老鼠失去了这种再生能力——人类也失去了，可能在出生之前。
基于这些观察，博士后学者陶立涛博士、研究生Haoze(Vincent)Yu和他们的同事们仔细研究了导致支持细胞失去转分化潜力的新生儿变化。
在支持细胞中，指示转分化为毛细胞的数百个基因通常被关闭。为了打开和关闭基因，身体依靠激活和抑制分子来装饰称为组蛋白的蛋白质。为了响应这些被称为“表观遗传修饰”的装饰，组蛋白将DNA包裹到每个细胞核中，控制哪些基因通过松散包裹和可访问而“开启”，哪些基因通过紧密包裹和关闭而“关闭”无法访问。通过这种方式，表观遗传修饰调节基因活性并控制基因组的新兴特性。
在新生小鼠耳蜗的支持细胞中，科学家们发现毛细胞基因因缺乏激活分子H3K27ac和抑制分子H3K27me3的存在而受到抑制。然而，与此同时，在新生小鼠的支持细胞中，毛细胞基因被一种不同的组蛋白修饰H3K4me1保持“准备”激活。在支持细胞向毛细胞转分化过程中，H3K4me1的存在对于激活毛细胞发育的正确基因至关重要。
不幸的是，随着年龄的增长，耳蜗的支持细胞逐渐失去H3K4me1，导致它们退出启动状态。然而，如果科学家们添加一种药物来防止H3K4me1的丢失，支持细胞仍会暂时为转分化做好准备。同样，来自前庭系统的支持细胞自然维持H3K4me1，仍准备转分化为成年期。
“我们的研究提出了使用治疗药物、基因编辑或其他策略进行表观遗传修饰的可能性，这些修饰利用内耳细胞的潜在再生能力作为恢复听力的一种方式，”Segil说。“类似的表观遗传修饰也可能被证明对其他非再生组织有用，例如视网膜、肾脏、肺和心脏。”
该研究的其他合著者包括南加州大学Segil实验室的JuanLlamas、TalonTrecek、XiziWang和ZlatkaStojanova，以及贝勒医学院的AndrewK.Groves。
该项目的60%得到了国家耳聋和其他交流障碍研究所的联邦资金支持（R01DC、R01DC、T32DC、F31DC）。额外资金来自听力健康基金会的听力恢复项目。
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