Investigadores de los Institutos Nacionales de Salud han descubierto una red específica de proteínas que es necesaria para restaurar la audición en el pez cebra a través de la regeneración celular. El estudio, dirigido por investigadores del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), puede informar el desarrollo de tratamientos para la pérdida auditiva en humanos. Los hallazgos fueron publicados en Cell Genomics .

Aunque la pérdida de células ciliadas no se puede reemplazar en los humanos, muchos animales, incluido el pez cebra, pueden restaurar la audición después de una lesión mediante la regeneración de las células ciliadas. Las propiedades regenerativas de las células ciliadas del pez cebra impulsaron a los investigadores a usar este animal para comprender algunas propiedades fundamentales de la regeneración.

La pérdida auditiva afecta a alrededor de 37,5 millones de estadounidenses, y la mayoría de los casos provienen de la pérdida de los receptores auditivos conocidos como "células ciliadas" en el oído interno. Las cerdas que sobresalen de estas células ciliadas microscópicas se mueven y se doblan cuando el sonido llega a nuestros oídos, lo que genera señales eléctricas enviadas a través de los nervios y al cerebro que nos permiten procesar el sonido.

Los humanos y el pez cebra son visualmente bastante diferentes, pero a nivel genómico comparten más del 70% de sus genes. Esta similitud genómica ofrece el potencial para que los investigadores comprendan la biología de la regeneración celular en el pez cebra antes de trasladar los hallazgos a los humanos.

Erin Jiménez, Ph.D., becaria postdoctoral en el laboratorio de Shawn Burgess, Ph.D., investigador principal en la rama de genómica funcional y traslacional del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), dirigió el estudio en colaboración con los investigadores Ivan Ovcharenko , Ph.D., y Wei Song, Ph.D., en el Centro Nacional de Información Biotecnológica de la Biblioteca Nacional de Medicina.

"Los humanos y otros mamíferos nacen con un número determinado de células ciliadas que se pierden lentamente con el envejecimiento y los traumatismos. Sin embargo, algunos animales, como el pez cebra, pueden regenerar las células ciliadas y recuperar la audición después de una lesión", dijo Burgess. "Cómo y por qué ocurre la regeneración en estos animales sigue siendo un misterio que a muchos científicos les gustaría desentrañar".

Usando una combinación de técnicas genómicas y aprendizaje automático basado en computación, Jimenez y sus colaboradores descubrieron que la regeneración de las células ciliadas en el pez cebra se basaba en una red de proteínas que pueden activar y desactivar genes, conocidas como factores de transcripción. Para identificar correctamente qué factores de transcripción estaban en juego, los investigadores primero tuvieron que observar las secuencias potenciadoras dentro del genoma del pez cebra.

Si se considera que los factores de transcripción son las llaves que encienden y apagan un automóvil, las secuencias potenciadoras son el interruptor de encendido del automóvil. Ambas partes deben interactuar para hacer que un automóvil funcione, al igual que los factores de transcripción deben unirse a secuencias potenciadoras específicas para expresar un gen.

Los investigadores utilizaron nuevas técnicas genómicas llamadas secuenciación de ARN de una sola célula y ensayo de una sola célula para la cromatina accesible por transposasa usando secuenciación para identificar las secuencias potenciadoras y sus factores de transcripción correspondientes que desempeñan un papel en la regeneración de las células ciliadas.

"Nuestro estudio identificó dos familias de factores de transcripción que trabajan juntos para activar la regeneración de las células ciliadas en el pez cebra, llamados factores de transcripción Sox y Six", dijo Jiménez.

Primero, los factores de transcripción Sox inician la respuesta de regeneración en las células circundantes, llamadas células de soporte. Luego, los factores de transcripción Sox y Six cooperan para convertir esas células de apoyo en células ciliadas.

Cuando las células ciliadas mueren en el pez cebra, las células de apoyo cercanas comienzan a replicarse. Estas células de apoyo son como células madre debido a su capacidad para convertirse en otros tipos de células. Los investigadores habían identificado algunos de los factores que convierten las células de soporte en células ciliadas, pero lo que no se entendía era cómo y dónde se activan los genes que codifican esos factores y se coordinan con otros factores desconocidos.

"Hemos identificado una combinación única de factores de transcripción que desencadenan la regeneración en el pez cebra. Más adelante, este grupo de factores de transcripción del pez cebra podría convertirse en un objetivo biológico que podría conducir al desarrollo de una nueva terapia para tratar la pérdida auditiva en humanos", dijo Jiménez. dijo. + Explora más

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