Учёные обнаружили гены, отвечающие за регенерацию слуховых клеток у рыб, что может помочь в лечении потери слуха у людей

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

В то время как люди могут регулярно обновлять определённые клетки, например, в крови и кишечнике, большинство других частей тела не способны к естественной регенерации. Например, повреждение крошечных сенсорных волосковых клеток во внутреннем ухе часто приводит к необратимой потере слуха, глухоте или проблемам с равновесием. В отличие от людей, рыбы, лягушки и цыплята легко восстанавливают эти клетки.

Учёные из Института медицинских исследований Стоуэрса обнаружили, как два различных гена управляют регенерацией сенсорных клеток у рыбок данио. Это открытие углубляет понимание процессов регенерации у рыб и может стать основой для будущих исследований по лечению потери слуха и регенеративной медицине у млекопитающих, включая человека.

«Млекопитающие, включая людей, не могут регенерировать волосковые клетки внутреннего уха», — пояснила доктор Татьяна Пиотровски, соавтор исследования. «С возрастом или при длительном воздействии шума мы теряем слух и чувство равновесия».

Новое исследование лаборатории Пиотровски, опубликованное 14 июля 2025 года в журнале Nature Communications, направлено на изучение регуляции деления клеток для стимуляции регенерации волосковых клеток и поддержания запаса стволовых клеток. Команда под руководством бывшего исследователя Стоуэрса Марка Луша, доктора наук, обнаружила, что два разных гена, регулирующие деление клеток, контролируют рост двух ключевых типов поддерживающих клеток у рыбок данио. Это открытие может помочь учёным изучить, можно ли активировать аналогичные процессы в человеческих клетках.

«Для поддержания и регенерации тканей клетки должны размножаться, чтобы заменять отмирающие, но это возможно только при наличии делящихся клеток», — объяснила Пиотровски. «Чтобы понять регуляцию пролиферации, нужно выяснить, как стволовые клетки и их потомки определяют момент деления и дифференцировки».

Рыбки данио — идеальная модель для изучения регенерации. Вдоль их тела расположены сенсорные органы — нейромасты, напоминающие луковицы чеснока с «волосковыми клетками» на вершине. Различные поддерживающие клетки окружают нейромасты и способствуют образованию новых волосковых клеток. Эти сенсорные клетки, помогающие рыбам ощущать движение воды, очень похожи на клетки внутреннего уха человека.

Прозрачность рыбок данио на ранних стадиях развития и доступность их сенсорных систем позволяют учёным визуализировать, секвенировать и модифицировать каждую клетку нейромаста. Это даёт возможность изучать механизмы обновления стволовых клеток, пролиферации клеток-предшественников и регенерации волосковых клеток.

«Мы можем манипулировать генами и проверять, какие из них важны для регенерации», — сказала Пиотровски. «Понимая, как эти клетки восстанавливаются у рыб, мы надеемся выяснить, почему у млекопитающих этого не происходит, и можно ли стимулировать этот процесс в будущем».

Две ключевые популяции поддерживающих клеток участвуют в регенерации нейромастов: активные стволовые клетки на периферии и клетки-предшественники в центре. Эти клетки делятся симметрично, что позволяет нейромастам непрерывно производить новые волосковые клетки, не истощая запас стволовых клеток. Используя метод секвенирования, команда обнаружила два различных гена cyclinD, присутствующих только в одной из популяций.

Исследователи генетически модифицировали каждый ген в стволовых клетках и клетках-предшественниках. Оказалось, что разные гены cyclinD независимо регулируют деление двух типов клеток.

«Когда мы деактивировали один из этих генов, перестала делиться только одна популяция», — отметила Пиотровски. «Это показывает, что разные группы клеток в органе могут контролироваться отдельно, что важно для изучения роста клеток в других тканях, например, в кишечнике или крови».

Клетки-предшественники без своего специфического гена cyclinD не размножались, но всё же превращались в волосковые клетки, что указывает на разделение процессов деления и дифференцировки. Интересно, что при активации гена cyclinD, характерного для стволовых клеток, в клетках-предшественниках их деление восстанавливалось.

Дэвид Райбл, доктор наук, профессор Вашингтонского университета, изучающий сенсорную систему боковой линии рыбок данио, прокомментировал значимость исследования: «Эта работа раскрывает элегантный механизм поддержания стволовых клеток нейромастов и стимуляции регенерации волосковых клеток. Она может помочь выяснить, существуют ли аналогичные процессы у млекопитающих или можно ли их активировать».

Поскольку гены cyclinD также регулируют пролиферацию во многих человеческих клетках, например, в кишечнике и крови, результаты исследования могут иметь значение не только для регенерации волосковых клеток.

«Понимание регенерации у рыбок данио может вдохновить исследования других органов и тканей, как регенерирующих, так и не регенерирующих», — заключила Пиотровски.

Дополнительная информация: Stem and progenitor cell proliferation are independently regulated by cell type-specific cyclinD genes, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60251-0

Источник: Stowers Institute for Medical Research