RESPONSES OF AUDITORY SUPPORTING CELLS TO HAIR CELL DAMAGE AND DEATH: CELLULAR STRESS SIGNALLING AND EPITHELIAL REPAIR

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4559-8
Julkaisun nimi: RESPONSES OF AUDITORY SUPPORTING CELLS TO HAIR CELL DAMAGE AND DEATH: CELLULAR STRESS SIGNALLING AND EPITHELIAL REPAIR
Tekijä: Anttonen, Tommi
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
Aivot ja mieli tohtoriohjelma (B&M)
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Kuuluu julkaisusarjaan: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-317X
Tiivistelmä: Mechanosensory hair cells of the cochlea are the principal receptor cells of hearing. As these cells cannot be replaced in mammals, developmental defects in and death of these cells leads to permanent hearing impairment. Therefore, there is a need to develop biological approaches to protect hair cells from traumatic events and to regenerate new hair cells to replace lost ones. One approach is to target the glial-like supporting cells that surround hair cells. These cells have important roles in cellular stress and repair responses of the auditory sensory epithelium. For example, they patch the epithelial surface after hair cell loss. In addition to this, structurally simple non-mammalian supporting cells can regenerate hair cells. The more complex mammalian supporting cells fail to do this. Therefore, it has been hypothesised that the rigid cytoskeleton of mammalian supporting cells limits their capacity to regenerate hair cells. Perhaps through forced structural dedifferentiation of supporting cells, hair cell regeneration could be induced in mammals. However, structural dedifferentiation of supporting cells may be detrimental, as the complex cytoskeletal specialisations of supporting cells are believed to be important for the correct functionality of the hearing organ. The molecular regulation of the cytoskeletal development of supporting cells is largely unknown. Also, their cellular stress and repair responses remain to be characterised in detail. Therefore, we lack vital information on how to therapeutically and safely target supporting cells to permit hair cell protection/regeneration. To provide insights into the themes described above, this thesis explores the structural development and trauma-related functions of auditory supporting cells. A special emphasis is given to Rho GTPases Cdc42 and RhoA, the well-known regulators of the actin cytoskeleton. By establishing a conditional and inducible approach to inactivate genes of interest in postnatal supporting cells, we demonstrate that Cdc42 regulates the maturation of apical junctional domains of supporting cells. While RhoA is dispensable for supporting cell development and wound healing, we demonstrate a novel role for it in the maintenance of junctional myosin II and apical domain integrity in embryonic outer hair cells. We reveal details on the epithelial repair responses of auditory supporting cells. For example, they act as tissue-resident phagocytes, and their thick actin belts act as a multicellular cytoskeletal scaffold that maintains the correct positioning of surviving cells upon hair cell loss. Lastly, we found that the transcription factor c-Jun – an effector of JNK signalling that is believed to drive cell-intrinsic death processes of hair cells – is transiently activated in auditory supporting cells upon noise- and ototoxic drug-induced stress. Based on this result, together with the finding that genetic inhibition of this activation partially protects hair cells from noise trauma, we postulate that JNK/c-Jun activation in non-sensory cells of the sensory organ of hearing promotes hair cell death through paracrine effects. Hence, the known hair cell protective effects of pharmacological inhibition of JNK signalling may be based on the modulation of cellular stress responses of supporting cells. As a conclusion, this work describes new insights into the development and cellular stress-related functions of auditory supporting cells that should be taken into account when designing future therapeutic approaches to protect and to restore hearing.Sisäkorvan simpukan mekanosensoriset karvasolut ovat kuuloaistin ärsykkeitä vastaanottava reseptorisolutyyppi. Koska nisäkkäiden karvasolut eivät korvaudu uusilla, niiden kuolema johtaa pysyviin kuulovaurioihin. Tästä johtuen on olemassa tarve kehittää biologisia lähestymistapoja, joiden avulla karvasoluja voidaan suojella ja uudelleenmuodostaa menetettyjen tilalle. Yksi lähestymistapa on karvasolujen vieressä sijaitsevien, gliasoluja muistuttavien, tukisolujen hyödyntäminen. Nämä solut omaavat tärkeitä rooleja kuuloaistiepiteelin stressireaktioissa. Ne esimerkiksi paikkaavat kyseisen epiteelin karvasolujen kuoleman yhteydessä. Tämän lisäksi ei-nisäkkäiden rakenteellisesti yksinkertaiset tukisolut voivat uudelleenmuodostaa karvasoluja. Nisäkkäiden rakenteellisesti monimutkaisemmat tukisolut eivät tähän pysty. Nisäkkäiden tukisolujen jäykän tukirangan on ehdotettu estävän niiden kykyä uudelleenmuodostaa karvasoluja. Karvasolujen uudelleenmuodostus voisi kenties onnistua pakottamalla nisäkkäiden tukisolut ottamaan yksinkertaisemman rakenteen. Tämä voi kuitenkin olla vahingollista, sillä niiden tukirangan erikoisrakenteiden uskotaan olevan tärkeitä normaalille kuulotoiminnalle. Tukisolujen tukirangan molekyylitason säätelyä ei ymmärretä tarkoin. Tämän lisäksi kuuloaistiepiteelin tukisolujen korjausvasteden ja solutason stressireaktioiden yksityiskohtia ei ole tunnistettu. Toisin sanoen, meiltä puuttuu tarvittava tietämys siitä, miten tukisoluja voidaan turvallisella tavalla hyödyntää kuulovaurioiden ehkäisyssä/hoidossa. Tarjotakseen vastauksia yllä oleviin avoimiin kysymyksiin, tämä väitöskirja käsittelee kuuloaistiepiteelin tukisolujen rakenteellista kehittymistä ja vauriovasteita. Tutkimuksellista painoarvoa on annettu aktiinista koostuvaa tukirankaa sääteleville Rho GTPaaseille Cdc42 ja RhoA. Karakterisoituamme ehdollisen ja indusoitavan lähestymistavan hiljentää geenejä syntymänjälkeisissä tukisoluissa, osoitimme että Cdc42 ohjaa tukisolujen apikaalisten liitoskohtien kypsymistä. RhoA osoittautui olevan tarpeeton tukisolujen kehitykselle ja niiden vaurionkorjauskyvylle. Tätä vastoin, pystyimme osoittamaan RhoA:lle tärkeän roolin kehittyvien ulkokarvasolujen liitoskohdissa sijaitsevan myosiini II:n ja liitoskohtien yhtenäisyyden ylläpidossa. Osoitamme tässä työssä tukisolujen vaurionkorjausvasteen yksityiskohtia. Esimerkiksi, tukisolut toimivat paikallisina syöjäsoluina ja niiden liitoskohtien aktiinivyöt toimivat usealle solulle yhteisenä tukirakenteena, joka ylläpitää solujen oikeaa sijaintia vaurioituneessa kuuloaistiepiteelissä. Me havaitsimme transkriptiotekijä c-Junin – JNK signalointireitin efektori, jonka uskotaan ohjaavan karvasolujen sisäsyntyisiä kuolemaan johtavia prosesseja – aktivoituvan hetkellisesti kuuloaistiepiteelin tukisoluissa melun ja ototoksisten lääkkeiden aiheuttaman solutason stressin yhteydessä. Koska tämän aktivaation geneettinen estäminen suojeli karvasoluja osittain meluvaurioilta, oletamme kuuloaistiepiteelin ei-sensorisissa soluissa tapahtuvan JNK/c-Jun aktivaation ohjaavan karvasolujen kuolemaa parakriinisten vaikutusten kautta. Täten, JNK signalontireitin farmakologisen estämisen tunnettu karvasoluja suojaava vaikutus voi perustua tukisoluissa tapahtuvaan solutason stressisignaloinnin muutoksiin. Yhteenvetona sanottakoon, että tämä työ kuvaa uusia yksityiskohtia auditoristen tukisolujen kehityksessä ja solutason stressiin liittyvissä vasteissa, jotka tulisi huomioida suunniteltaessa terapeuttisia lähestymistapoja suojata kuuloa ja palauttaa menetetty kuulokyky.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4559-8
http://hdl.handle.net/10138/246606
Päiväys: 2018-10-19
Avainsanat:
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
Anttonen_2018_ethesis.pdf 24.84MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot