20 Gennaio 2022
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Quale parte dell’orecchio è disposta tonotopicamente?

Cellule ciliate uditive.

Le cellule ciliate uditive sono specializzate lungo la lunghezza della coclea per rispondere a specifiche frequenze sonore. I fasci di capelli sono mostrati in blu. Benjamin Thiede & Jeffrey T. Corwin.

I ricercatori hanno acquisito conoscenze su come le cellule del sistema uditivo si organizzano per sentire diverse frequenze. Le scoperte potrebbero portare a nuovi approcci per alcuni tipi di perdita dell’udito.

L’orecchio umano è in grado di rilevare una vasta gamma di frequenze, dai bassi rimbombi dei tuoni lontani al lamento acuto di una zanzara. Le cellule sensoriali che rilevano questi suoni sono chiamate cellule ciliate, dal nome dei filamenti simili a capelli che si raggruppano sulla loro sommità. Le cellule ciliate sono sparse su una superficie piatta chiamata membrana basilare, che è arrotolata come un tappeto e infilata in una struttura a forma di guscio di lumaca nell’orecchio interno chiamata coclea.

Ognuna delle nostre circa 16.000 cellule ciliate è dedicata a una gamma di frequenza ristretta. Queste cellule sono ordinate lungo la membrana basilare in base alle frequenze che rilevano. Quelle che percepiscono le tonalità basse sono ad un’estremità; quelle che rilevano le tonalità alte sono all’altra. Mentre questa disposizione graduale delle cellule ciliate sulla membrana basilare – la mappa tonotopica – è nota da anni, come le cellule si ordinano in questo modo era sconosciuto.

Un team di ricerca guidato dai dottori Zoe F. Mann e Matthew W. Kelley del NIH’s National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD) ha sospettato che un gradiente di concentrazione molecolare possa guidare le cellule durante lo sviluppo. Come i numeri su un righello, le posizioni delle cellule potrebbero essere segnate dai livelli di una molecola di segnalazione.

Per indagare, il team ha esaminato gli organi uditivi di embrioni di pulcini di 6 giorni. La papilla basilare nei polli, come la coclea nei mammiferi, ha cellule ciliate disposte lungo la lunghezza di una membrana basilare secondo la frequenza. Lo studio è stato pubblicato il 20 maggio 2014 in Nature Communications.

Gli scienziati hanno identificato un gradiente di concentrazione della proteina morfogenetica ossea 7 (Bmp7) attraverso la lunghezza della papilla basilare al momento della formazione delle cellule ciliate del pulcino. Bmp7 è una proteina di segnalazione prodotta durante lo sviluppo embrionale che è nota per svolgere un ruolo nello sviluppo delle ossa e dei reni.

I ricercatori hanno dimostrato che Bmp7 promuove lo sviluppo delle cellule ciliate sensibili a bassa frequenza. Quando hanno bagnato le papille basilari in via di sviluppo in una soluzione contenente Bmp7, hanno scoperto che tutte le cellule ciliate, anche quelle ad alta frequenza, hanno sviluppato le caratteristiche delle cellule ciliate a bassa frequenza. Questi risultati suggeriscono che durante lo sviluppo embrionale, alti livelli di Bmp7 ad una estremità della papilla basilare segnalare la formazione di bassa frequenza cellule ciliate sensibili. Diminuendo i livelli di Bmp7 lungo la lunghezza della mappa papilla basilare risultato in una sintonizzazione graduale a frequenze più elevate.

In un documento di accompagnamento nella stessa rivista, un team guidato dai dottori Benjamin R. Thiede e Jeffrey T. Corwin presso l’Università della Virginia School of

Medicina, lavorando in collaborazione con il team del NIDCD, ha rivelato che un’altra molecola di segnalazione, l’acido retinoico, agisce in concerto con Bmp7 per posizionare le cellule.

“I risultati potrebbero aprire le porte a terapie che approfittano del talento di navigazione di Bmp7 per dirigere la formazione di cellule sensoriali rigenerate che sono sintonizzate per rispondere a una frequenza specifica”, dice il Dr. James F. Battey, Jr, direttore del NIDCD. “Dal momento che molte forme di perdita dell’udito sono limitate a frequenze specifiche, questo approccio potrebbe portare alla sostituzione delle cellule sensoriali che sono su misura per le esigenze individuali”.

Bmp7 si trova anche nell’orecchio interno dei mammiferi. Il team di Kelley ora prevede di utilizzare modelli di topi per esaminare il ruolo di Bmp7 nel modellamento del sistema uditivo dei mammiferi.

Link correlati

Riferimenti: Un gradiente di Bmp7 specifica l’asse tonotopico nell’orecchio interno in via di sviluppo. Mann ZF, Thiede BR, Chang W, Shin JB, May-Simera HL, Lovett M, Corwin JT, Kelley MW. Nat Commun. 2014 maggio 20;5:3839. doi: 10.1038/ncomms4839. PMID: 24845721. Segnalazione di acido retinoico regola lo sviluppo di cellule ciliate tonotopicamente modello nella coclea del pollo. Thiede BR, Mann ZF, Chang W, Ku YC, Son YK, Lovett M, Kelley MW, Corwin JT. Nat Commun. 2014 maggio 20;5:3840. doi: 10.1038/ncomms4840. PMID: 24845860.

Finanziamento: NIH’s National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD) e l’American Hearing Research Foundation.

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