文摘
听力损失是一种使人衰弱的疾病,影响了全世界10%的成年人。最感音神经性听力损失是由mechanosensitive损失引起的耳蜗毛细胞,常常由于老化,噪音,和耳毒性的药物。基因的识别,可以有针对性的减缓衰老和减少侮辱毛细胞的脆弱性对感音神经性听力损失的预防至关重要。我们之前的特异性转录组分析成人耳蜗毛细胞和支持细胞显示俱乐部分泌,编码一个女伴,参与一些基本的生物事件,如细胞死亡,肿瘤进展,和神经退行性疾病,在毛细胞和支持细胞表达。我们生成的俱乐部零老鼠(C57BL / 6)调查其在螺旋器的作用,负责听力哺乳动物耳蜗感觉上皮。我们表明,删除俱乐部并不影响发展的毛细胞和支持细胞;毛细胞和支持细胞出现正常1个月的年龄。测试表明,听觉功能俱乐部零小鼠听力阈值与野生型的同窝出生的前3个月的年龄。有趣的是,俱乐部零老鼠显示更少的毛细胞和听力损失与野生型相比同窝出生后3个月。此外,删除俱乐部是防止aminoglycoside-induced毛细胞丢失在吗在活的有机体内和在体外模型。我们的研究结果表明,抑制俱乐部表达式可以代表一个潜在的治疗策略与年龄相关的减轻和耳毒性的药物引起的听力损失。
1。介绍
听力损失是一种最常见的人类感觉障碍,影响全世界约13亿人(1]。感音神经性听力损失,占很大一部分的听力损失是永久性的,经常引起的声创伤,耳毒性的药物,老化,环境因素和遗传缺陷。听力损失影响语言理解(2),从而导致隔离,抑郁,和痴呆(3]。然而,据我们所知,还没有发现药物可以治疗或预防感音神经性听力损失。毛细胞的哺乳动物内耳的耳蜗mechanosensitive受体细胞转导机械刺激成电信号。两种类型的耳蜗毛细胞存在。内耳毛细胞(包含ihc)的实际感官受体传递电信号通过螺旋神经节神经元中枢听觉系统,而外毛细胞(ohc)放大耳蜗的机械信号(4]。耳蜗支持细胞维持体内平衡离子和化学环境的耳蜗的刚度以及导致耳蜗分区。支持细胞缺陷也会导致头发细胞变性和听力损失(5]。内耳毛细胞,包括nonmammals,易老化,噪音,和耳毒性药物。背后的分子机制的头发细胞衰老和脆弱性机械和化学侮辱尚不清楚(6]。
Clusterin (CLU)是一种分泌伴护蛋白参与几个基本的生物事件,如细胞死亡,肿瘤进展和神经退行性疾病。CLU表示在许多组织在人类和动物,如睾丸、附睾、肾脏、心脏、肺、子宫、卵巢、乳房,和前列腺癌(7]。此外,俱乐部已经发现在几乎所有脊椎动物的体液,从人类斑马鱼8,9]。CLU扮演着重要的角色在蛋白质内稳态/ proteostasis,抑制细胞死亡通路,prosurvival的调制信号和转录网络(10]。以前的研究已经表明CLU与神经退行性疾病有关,免疫疾病、衰老和癌症(10]。
我们之前的研究使用特定类型细胞RNA序列(RNA-seq)分析表明俱乐部在毛细胞和支持细胞中表达的是11,12]。在目前的研究中,我们产生了Clu,零小鼠模型研究CLU在内耳的作用。我们比较之间的内耳形态学和功能的变化俱乐部零和野生型小鼠(WT)。我们表明,删除俱乐部并不影响耳蜗毛细胞和支持细胞的发展;然而,俱乐部缺乏推迟老年性听力损失的发病和进展(ARHL)和减少aminoglycoside-induced毛细胞和听力损失。
2。材料和方法
2.1。道德声明
实验过程都是动物伦理审查委员会批准首都医科大学。动物的使用遵循的指南使用实验动物首都医科大学在北京,中国。Clusterin基因敲除小鼠和基因分型Clusterin基因敲除小鼠C57BL / 6背景生成CRISPR / Cas9技术。的俱乐部被替换删除外显子3的俱乐部基因,结果在583年的英国石油(bp)删除。基因组DNA提取的尾巴刚出生的幼崽( 每组)。引导周围的基因组DNA片段RNA目标站点被放大俱乐部-KO-specific PCR引物如下引物组:转发:5 - - - - - -CAACCGCATCAGGTAGA-3 ;反向:5 - - - - - -ACCCAC AGCAAGGGTTAG-3 。F0老鼠繁殖产生F1小鼠。PCR循环参数如下:94°C 3分钟;35周期94°C的30年代,56为60°C, 60年代72°C;72°Cfor 10分钟。PCR产品1.5%琼脂糖凝胶上分离,和预期的乐队大小为WT(野生型)和淘汰赛等位基因1063和480个基点,分别(图1 (b))。后代F1代的DNA测序验证突变(图1 (c))。F2代杂交获得的是杂合的F1的后代。
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2.2。听觉脑干反应(ABR)测量
ABR阈值测量与猝发音刺激频率为8,16和32 kHz sound-isolated室使用Tucker-Davis技术系统工作站(RZ6)与SigGen32软件(美国佛罗里达州Alachua Tucker-Davis技术公司,)。老鼠用氯胺酮麻醉/甲苯噻嗪(18:2毫克/毫升)解决方案(100/10毫克/公斤体重),然后放在一个软垫。皮下电极之间被耳朵额头的同相,反相下面左边的外耳,尾部附近的接地线。听觉脑干反应(ABR)强度系列收集一系列下行的刺激水平5 dB步骤开始在90分贝。至少每组/ 6小鼠年龄被用于ABR听力评估。ABR听证会测量后,组织从相同的老鼠被用来进行组织病理学和生物化学分析。
2.3。畸变产物耳声发射(DPOAE)测量
DPOAE记录使用TDT RZ6从麻醉小鼠的反应。立方(2 f1-f2) DPOAE阈值获得(4-32千赫)的频率范围,使用两个相等强度主要刺激诱发的测试频率,并应用于耳道使用两个扬声器通过麦克风探针耦合。刺激减少强度从80年到20 dB在5 dB增量建立阈值。DPOAE的阈值被定义为6 dB以上噪声地板上。我们使用至少6小鼠每组DPOAE的评估。
2.4。耳蜗组织处理
ABR测试后,老鼠被颈椎错位和斩首,牺牲和cochleae很快被分开的颞骨培养皿有4%多聚甲醛溶液。在解剖显微镜下,戳了一个洞在耳蜗的顶点,窗户被打开,圆形和椭圆形针。耳蜗和4%多聚甲醛灌注的解决方案而不是淋巴流体通过顶点和保存有4%多聚甲醛溶液在4°C过夜。然后,标本在脱钙10%乙二胺四乙酸(EDTA)解决方案1.5小时。耳蜗壳被在PBS溶液从顶点到基地。基膜是收获没有前庭膜和盖膜。六cochleae 6小鼠被用于组织病理学评估每组/年龄。
2.5。疣状和激光共焦显微镜
样本清洗三次在PBS和preincubated 1小时在室温下在阻止溶液10%正常山羊血清0.01 PBS Triton x - 100的0.25%。接下来,样本孵化与抗体的结合兔子antimyosin VIIa(1: 300年,变形杆菌生物科学,25 - 6790年),在一夜之间在4°C。孵化后,样品被洗了三次在PBS和适当的二次抗体孵育耦合Alexa萤石在绿色,红色通道在室温1小时。孵化后,样品在PBS清洗三次,和大约40岁μL (DAPI (4, 6-diamidino-2-phenylindole;圣克鲁斯)申请细胞核染色。
耳蜗组织与4%多聚甲醛固定在PBS一夜之间在4°C。标本被在12 h在10% EDTA脱钙。然后准备与梯度酒精脱水系列,与二甲苯清除,然后嵌入石蜡。石蜡包埋标本切成10 -μ米厚的部分然后沾染了)。共焦图像获得使用徕卡共焦显微镜(TCS SP8 II;位于德国徕卡微系统公司)。20 x放大用于成像和细胞计数。
我们使用肌凝蛋白VIIa标签头发细胞和支持细胞的细胞核DAPI标记下面的头发细胞支持细胞计数。使细胞计数结果比较不同年龄的小鼠和基因型之间,我们比较的实际数量支持细胞的数量在同一耳蜗毛细胞的位置来获取它们的相对比例。
2.6。药品监督管理局在活的有机体内
6周大的老鼠分成三组:WT组和对照组俱乐部- / -集团( 为每个组)。在对照组,老鼠接受了皮下注射生理盐水后的腹腔内注射生理盐水后30分钟。在其他两组小鼠皮下注射卡那霉素(0.1毫克/克体重;Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州),溶解在磷酸盐(PBS),紧随其后的腹腔内注射速尿灵(0.3毫克/克体重)30分钟后。为每个组,ABR阈值测量之前注入和10天之后共同服用卡那霉素和速尿的注入。
2.7。器官型培养的螺旋器和药物管理局
刚出生的小鼠被分为三组(对照组、WT组俱乐部- / -集团( 每组)文化。底膜和螺旋器解剖出来,放在培养皿底部如前所述[12]在湿润有限公司2孵化器在37°C。24小时后,在WT组和培养基俱乐部- / -组替代新鲜DMEM / F12介质含有150μM庆大霉素,而对照组DMEM / F12培养基所取代。文化又持续了36个小时。
2.8。小分子荧光原位杂交
从21-day-old Cochleae (C57BL / 6)小鼠解剖出来,放置在PBS PFA 4%在室温下24小时,其次是在120毫米EDTA脱钙4% PFA在4°Cfor 3天直到骨性组织柔软和灵活。组织在PBS洗,脱水乙醇使用标准系列、二甲苯紧随其后。耳蜗墙被删除后,组织是嵌入在石蜡。石蜡包埋后,块被允许在一夜之间变硬组织切片之前在垂直面徕卡切片机到5 - 10μ米部分和安装在Superfrost +幻灯片。
检查mRNA的表达水平俱乐部RNAscope-based小分子荧光原位杂交(smFISH)分析先进细胞诊断(ACD)使用。石蜡包埋部分安装在幻灯片在烤一小时60°C deparaffinization步骤(二甲苯5分钟紧随其后。2 x, 100%乙醇为1分钟。在室温下2 x,和干5分钟)。至少两个部分从不同的耳蜗smFISH区域被选中。组织部分满是5到8滴RNAscope过氧化氢和孵化在室温下10分钟,其次是两个洗新鲜蒸馏水。幻灯片是在室温下干燥,一个障碍是每个组织样本使用Immedge疏水屏障的钢笔。后的协议进行RNAscope 2.5高清检测试剂,红色的用户手册,和出版协议。专有gene-specific探针俱乐部目标区域n。436年到1335年(20探针对)。完成杂交后,放大和颜色检测步骤,幻灯片与DAPI孵化10分钟。最后,幻灯片洗1 x PBS和被允许在室温下干燥。一滴SlowFade(英杰公司)被放置在组织和盖玻片保存样品。幻灯片在蔡司LSM 710共焦显微镜成像。使用ImageJ图像进行了分析。
2.9。RNA提取和定量实时聚合酶链反应(存在)
内耳的总RNA提取C57BL / 6野生型小鼠使用RNeasy迷你包(Tiangen,中国)。的RNase-free DNase集(Tiangen)被用来去除污染的DNA。RNA浓度和纯度估计通过分光光度法通过测量吸光度在260 nm和260/280 nm比例,分别。核糖核酸的互补脱氧核糖核酸合成使用高容量cDNA逆转录工具包(美国KAPA生物系统公司)和oligo-dT引物。随后,分析执行中存在俱乐部表达在产后3天(P3), 12 (P12) 30(1米),180(6米)。四只老鼠每组/年龄。参考序列中存在引物设计基于发表在国家生物技术信息中心数据库(NM_013492.3)。执行中存在使用KAPA SYBR®快速qPCR装备大师混合(2 x)普遍(KAPA生物系统公司)StepOnePlus实时PCR系统。每个样本都是一式三份随管家基因,GAPDH。使用记录测定的相对数量方法使用GAPDH作为参考。
2.10。统计分析
数据被表示为 。与SPSS 13.0软件进行统计分析(美国芝加哥,IBM IL)。单向方差分析进行比较。团体之间的差异 被认为是具有统计学意义。
3所示。结果
3.1。俱乐部在螺旋器表达式
我们首先检查的表达俱乐部在螺旋器基于出版ohc的转录组,包含ihc,支柱细胞,Deiters”细胞,条痕黑色素细胞(11,12]。如图2(一个),俱乐部毛细胞和支持细胞中表达。图2 (b)礼物的表达俱乐部在发展中毛细胞和支持细胞根据发布的数据集雅伯et al。13]。俱乐部发展中毛细胞和支持细胞的表达。确认的时间模式俱乐部在鼠标内耳表达,我们执行定量实时聚合酶链反应(存在)在P3, P12, P1m, P6m。俱乐部在P12 mRNA转录强烈表达,这略与衰老(即下降。,在1米和6米)(图2 (c))。我们也使用smFISH检查空间的表达俱乐部P21在耳蜗。如图2 (d),俱乐部ohc表达,但强表达观察的支柱和Deiters细胞。
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3.2。听觉功能俱乐部−−/老鼠
我们测量上的俱乐部−−/和他们的WT同窝出生在P15和e。图3(一个)显示了8点意味着ABR阈值,16和32 kHz。我们从这些动物还测量了DPOAE的阈值。很明显从图3(一个)ABR和DPOAE的阈值俱乐部- / -老鼠不统计不同于WT老鼠。这表明,删除俱乐部并不影响毛细胞和听觉功能的发展在1个月的年龄。
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3.3。毛细胞和支持细胞形态俱乐部−−/老鼠
探讨螺旋器的形态俱乐部−−/老鼠,我们WT组织学分析耳蜗的章节,并执行俱乐部−−/老鼠在P3, P15, P1m。一些例子是呈现在图3。我们统计的总数毛细胞,发现毛细胞和支持细胞的数量俱乐部−−/WT老鼠。老鼠没有显著不同此外,我们研究了形态学的螺旋器基底在P15和1 m-old俱乐部−−/老鼠用他染色。没有观察到缺陷毛细胞和支持细胞俱乐部- / -cochleae。因此,删除俱乐部并不影响毛细胞和支持细胞的发展。
3.4。俱乐部缺乏延迟发病和进展的老年性听力损失
调查是否俱乐部在维护过程中发挥作用的听觉功能或ARHL WT和我们进行了ABR测试俱乐部−−/老鼠在2、4、6和9个月大的时候。ABR阈值8、16和32 kHz呈现在图4。很显然,ABR阈值的WT在16和32 kHz随着年龄的升高。有趣的是,阈值的俱乐部−−/老鼠在16和32 kHz明显比较少的WT老鼠。这表明,删除俱乐部改变了ARHL的发病和进展。
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C57BL / 6小鼠ARHL变性的发展结果感觉毛细胞(2,14- - - - - -16]。我们进行组织学分析耳蜗从WT和部分俱乐部−−/老鼠在2、4、6和9个月。cochleae WT和俱乐部−−/老鼠在2 m没有证据显示包含IHC或OHC损失。在4米,基底cochleae区域从ohc WT老鼠显示严重的损失,而基底耳蜗的地区俱乐部−−/老鼠没有显示毛细胞的损失。在6 - 9个月,WT和俱乐部- / -老鼠的头发细胞损失。然而,剩余ohc的数量俱乐部−−/老鼠是明显高于WT的老鼠,在这两个中间( )和基底( )cochleae。我们也算从WT和Deiters的细胞的数量俱乐部−−/在这些年龄的老鼠。Deiters的细胞的数量相当的ohc(图5 (d))。
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3.5。俱乐部缺乏保护毛细胞丢失对卡那霉素、呋喃苯胺酸共同引起的耳毒性
WT和俱乐部−−/老鼠对卡那霉素和呋喃苯胺酸在7 - 8周检查药物引起的听力损失。药物治疗之前,ABR阈值进行了测量,以确保所有老鼠的听觉功能正常使用。图6显示了WT和的ABR阈值的变化俱乐部−−/老鼠与呋喃苯胺酸和卡那霉素治疗。阈值变化的计算是通过减去ABR阈值的未经处理的ABR阈值的控制WT老鼠WT和治疗俱乐部- / -老鼠。结果表明,药物治疗10天后,ABR阈值变化的WT老鼠明显大于俱乐部- / -老鼠,这表明俱乐部缺乏保护听力损失对呋喃苯胺酸和卡那霉素耳毒性。
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在听力测试中,我们使用免疫组织化学评估头发细胞损伤。观察到的头发细胞损伤与功能是相一致的赤字由ABR表示测量。基底的面积将显示毛细胞损失超过中产和顶端,和OHC比包含IHC损失更大的损失。在WT和俱乐部−−/老鼠,ohc从耳蜗基底地区完全消失;然而,剩余的数量上凸轮轴在中间和基底明显更高俱乐部−−/老鼠比WT老鼠(图6, ),这表明俱乐部缺乏抗议头发细胞死亡。确认保护,在器官型培养我们进行实验的螺旋器gentamicine浓度可以控制。如图7、治疗与150年μM庆大霉素36小时后显著降低的数量在人工耳蜗毛细胞外植体在文化WT鼠标。剩下的数量在耳蜗毛细胞来自俱乐部−−/老鼠明显高于耳蜗来自WT老鼠。这个结果是符合我们体内发现,进一步验证所起的保护作用俱乐部缺陷(图7)。
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4所示。讨论
高碳钢内耳耳蜗功能的声波转换成电信号(17- - - - - -21),同时支持细胞功能支持高碳钢和提供潜在的HC再生池22- - - - - -26]。损失从各种各样的来源可以损害HC功能,包括遗传因素、老化、耳毒性的药物,耳蜗慢性感染,和噪声暴露19,27- - - - - -31日]。在这项研究中,我们报告的保护作用Clusterin缺乏对老年性听力损失和药物引起的耳毒性,这都是由于感觉高碳钢(不可逆转的损失32- - - - - -36)和螺旋神经节神经元的变性(胡志明市)[37- - - - - -42]。俱乐部是一个细胞外伴护蛋白质,已经涉及到不同的生理和病理生理细胞过程。俱乐部表达已被证明是调节细胞应激和在某些环境条件,如在神经退行性疾病和癌症。在目前的研究中,我们调查了俱乐部在内耳的作用。我们发现俱乐部删除保护耳蜗毛细胞对抗衰老和耳毒性,即证据表明基因缺失可以促进毛细胞生存对抗衰老和耳毒性。
RNA-seq数据显示俱乐部在毛细胞和支持细胞中表达的是13,43]。我们RNA-scope观察结果表明,强表达支柱和Deiters的细胞,这是符合报告结果李et al。44]。RNA-seq和之间的这些差异原位杂交可能是由于不同RNA-seq和之间的敏感性原位杂化。
我们检查了听力阈值和头发和支持细胞形态俱乐部−−/小鼠出生后。与WT老鼠相比,ABR和DPOAE的阈值俱乐部−−/老鼠没有显著不同于WT老鼠出生后第一个月内,这表明,删除俱乐部并不影响毛细胞和支持细胞的发展。这也表明,所涉及的生物过程俱乐部不相关的毛细胞和支持细胞的分化和发育。
ARHL或老年性耳聋,听力是一个逐步下降功能,是最流行的一种SNHL老年人。ARHL特点是更高的听力阈值,开始在高频率向低频和传播,伴随着高碳钢的丧失和胡志明市从基底顶端(转45- - - - - -48]。令人惊讶的是,我们发现删除俱乐部减缓与年龄相关的发病和进展的毛细胞和听力损失。
Clusterin是一种糖蛋白,作为分子伴侣蛋白帮助细胞应对变性,蛋白质错误折叠或聚合。它通常具有保护作用在各种疾病的病理过程10,49]。我们的结果似乎是矛盾的传统观点CLU函数。然而,研究的俱乐部突变在阿尔茨海默病表明CLU与晚发性阿尔茨海默氏症的风险高(50,51]。没有研究已经完成检查CLU和听力之间的关系。
许多压力刺激器如耳毒性的药物被证明巨大ROS生产高碳钢(52- - - - - -58]。观察后的保护作用俱乐部缺乏对ARHL和考虑头发细胞药物引起的耳聋的重要性,我们评估是否俱乐部缺乏可以授予保护氨基糖苷类耳毒性通过执行在活的有机体内和在体外实验。我们的结果表明,俱乐部缺乏保护头发细胞死亡。内耳的感觉毛细胞的主要目标是氨基糖苷类耳毒性,也没有治疗是目前可用的,可以防止耳毒性。的机制俱乐部缺乏保护头发细胞毒性药物仍不清楚。
我们推测的保护作用俱乐部缺乏在毛细胞可能直接作用于毛细胞的结果,间接影响由支持细胞,或影响的组合与毛细胞和支持细胞有关。支持细胞可能施加各种影响头发细胞通过提供一个毛细胞可以生活的环境(59,60]。最近的一些研究表明,支持细胞可以促进头发细胞修复时Atoh1是在Deiters细胞(61年,62年]。Deiters的细胞也释放细胞器促进毛细胞生存在对压力的反应63年]。
总之,我们的结果显示的保护作用俱乐部缺乏在耳蜗毛细胞。因此,俱乐部可能是一个好的目标基因治疗干预措施减缓ARHL,防止耳毒性的药物引起的听力损失。未来的工作是必要的,以确定的分子机制俱乐部删除预防老年性头发细胞凋亡和aminoglycoside-induced头发细胞损失。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章中,和数据是可用的。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
作者的贡献
我们和提单设计实验。YL、提单、XCZ、金联盟和TYW进行了实验。XCZ和黄写的手稿。
确认
这项研究是由中国国家自然科学基金支持# 81600798。