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Les scientifiques fournissent l'illustration claire de la composante mystérieuse de l'oreille interne

Il y a quelques années, Ian Swinburne, chargé de recherches de voie HMP dans la biologie de systèmes, a remarqué quelque chose impaire tout en entreprenant une étude de microscopie de temps-déchéance de l'oreille interne des zebrafish. Une structure minuscule dans l'oreille interne était palpitante comme des rouages, gonflant et dégonflant à plusieurs reprises.

Pendant que Swinburne et son conseiller post-doctoral Sean Megason, professeur agrégé de voie HMP de biologie de systèmes, sondaient davantage, ils ont découvert que la structure était le sac endolymphatique, une poche remplie de fluide branchée au reste de l'oreille interne par un long, mince conduit.

Mais ni l'un ni l'autre ne pourraient expliquer pourquoi ils étaient palpitants.

Les « scientifiques ont su l'existence du sac endolymphatique pendant peut-être 300 années, mais ce n'était pas exact compris ce qu'il fait, » Megason a dit. « Il est même souvent manquant dans les modèles ou les bandes dessinées de manuel de l'oreille interne. Nous ne nous sommes pas mis à l'étudier, mais nous sommes devenus intéressés une fois que nous voyions son comportement saisissant. »

Au cours des plusieurs années à venir, Swinburne et Megason ont fonctionné pour comprendre mieux le fonctionnement de cette structure mystérieuse. Pour faire ainsi, ils ont dû la concevoir dans l'action. Collaborant avec certains des laboratoires principaux mondiaux de la microscopie, ils ont rassemblé différentes vues du sac endolymphatique jusqu'à ce qu'une illustration claire ait apparu.

Dans étude le 19 juin publié dans l'eLife, l'équipe rapportée les résultats de leur enquête : le sac endolymphatique agit en tant que soupape de pression-relief et est constitué par un barrage mince des projections cellulaires qui s'ouvre et se ferme pour régler le desserrage du liquide de l'intérieur de l'oreille interne.

Leurs découvertes indiquent un seul mécanisme biologique pour la pression et la composition du liquide de mise à jour et peuvent aviser l'étude et la demande de règlement des troubles concernant des défectuosités dans la pression d'oreille interne telle que la maladie de Meniere, une condition marquée par vertige, perte auditive et sonnant dans les oreilles. Les résultats pourraient également aider des chercheurs à étudier le contrôle de la pression dans d'autres organes tels que les yeux et les reins, qui ont également les cavités remplies de liquide.

« De temps en temps, vous entendez parler d'une maison détruit par un chauffe-eau parce que sa soupape de desserrage de pression était défectueuse, » Swinburne avez dit. « Il est important d'avoir ces systèmes de contrôle de sécurité dans nos organes aussi bien. »

Quelque chose étrange

L'oreille interne est l'organe sensoriel responsable d'entendre et de reste et se compose de plusieurs structures complexes. Dans les mammifères, le son est trouvé par le limaçon en forme de SHELL d'escargot, et le mouvement de la tête est trouvé par trois boucles creuses d'os appelées les canaux semi-circulaires.

Toutes les structures de l'oreille interne sont interconnectées et remplies du liquide spécialisé, qui déménage en réponse aux ondes sonores ou au mouvement de la tête. Ces mouvements liquides subtile sont trouvés par les cellules sensorielles et convertis en signes neuraux pour le cerveau en procédé. La pression et la composition chimique du liquide d'oreille interne doivent être soigneusement mises à jour, et certains troubles tels que la maladie de Ménière sont pensés pour provenir des variations anormales de pression.

Les scientifiques ont longtemps présumé que le sac endolymphatique joue un rôle en réglant la pression de ce liquide, mais l'oreille interne mammifère est petite et emballée par l'os extrêmement dense, qui le rend difficile à atteindre et étudier.

Les oreilles internes des embryons de zebrafish, que Swinburne et Megason étudient, sont beaucoup plus visibles. Quand l'équipe a observé la première fois le comportement palpitant du sac endolymphatique, elles ont soupçonné un lien avec le contrôle de la pression. La preuve de lui, cependant, était une autre question.

« Nous avons eu tous ces films où vous pourriez voir la structure entière palpiter, et quand Ian a injecté la teinture dans le sac que nous pourrions voir le liquide sortir, » Megason a dit. « Mais il n'était pas clair comment ce liquide sortait. Il a semblé comme quelque chose étrange continuait. »

Moment d'Eureka

À ce moment-là, Swinburne a été également engagé dans un projet latéral observant des études précédemment publiées des zebrafish variés avec des gènes mutés. Un des mutants il a trébuché sur, avec une forme anormale du facteur lmx1bb de transcription, a eu les sacs endolymphatiques qui étaient bien plus grands que la normale.

Par l'injection de teinture expérimente, ils ont découvert que dans des mutants de lmx1bb, le liquide d'oreille interne n'entrait pas hors du sac endolymphatique comme il devrait, et l'habillage du liquide faisait monter en ballon la structure. L'équipe a noté cela normalement, un peu du liquide coule également de nouveau dans le sac quand il dégonfle. Aucune une telle fuite ne s'est produite dans des mutants de lmx1bb, cependant, proposant que la structure ait été d'une certaine manière fermée.

Ils stumped jusqu'à ce qu'ils aient branché à Jeff Lichtman, Jeremy R. Knowles professeur de moléculaire et biologie cellulaire et professeur de Santiago Ramón y Cajal des arts et des sciences à l'Université de Harvard. Le laboratoire de Lichtman spécialise dans la représentation le cerveau, et parmi les caractéristiques ils se sont rassemblés avéré justement être les micrographes électroniques à haute résolution de l'oreille interne.

Quand Swinburne et Megason ont analysé ces images, ils ont observé la lamelle appelée de projections aileron aileron de membrane s'étendre des cellules qui composent le sac endolymphatique. Ces ailerons ont superposé les uns avec les autres, formant un barrage.

Les « biologistes aiment dire que la structure détermine le fonctionnement. Quand nous avons vu la lamelle pour la première fois, il tout le cliqué sur, » Swinburne a dit.

« C'était un moment d'Eurêka, » Megason a ajouté.

Relief enfin

Les analyses de l'équipe ont indiqué que les sacs endolymphatiques normaux contiennent une shell extrêmement mince de ces lamelles superposantes, qu'ils ont nommées « les barrages lamellaires. » En la plupart des tissus, des cellules sont fortement branchées et l'eau ne peut pas réussir entre eux. Dans le sac endolymphatique, cependant, les cellules ont semblé avoir de petites lacunes entre elles, qui sont couvertes par les barrages lamellaires.

Quand les constructions de pression du liquide, le sac gonfle et les barrages commencent à séparer. Une fois qu'une certaine remarque est atteinte, les barrages s'ouvrent, permettant au liquide de sortir du sac et de détendre la pression.

Pour vérifier plus plus loin, les chercheurs se sont associés au pionnier et le Prix Nobel Éric Betzig du Howard Hughes Medical Institute et Tomas Kirchhausen, professeur de voie HMP de biologie cellulaire et un professeur de microscopie de la pédiatrie à l'hôpital pour enfants de Boston.

Plus tôt cette année, Betzig, Kirchhausen, Megason et collègues publiés un article séminal décrivant un bloc-réseau adaptatif appelé de technologie neuve allument la microscopie de feuille, qui permet à des chercheurs de capter les images 3D et les films des cellules à l'intérieur des organismes vivants dans le petit groupe sans précédent.

L'équipe s'est appliquée cette technologie au sac endolymphatique, et a observé que le barrage lamellaire activement et dynamiquement des mouvements comme sac gonfle et dégonfle.

« Ils rampent continuellement. Il ressemble à une cellule qui émigre, mais ils font partie de l'épithélium. C'est biologie cellulaire réellement étrange, » Swinburne a dit.

Leurs résultats impliquent le sac endolymphatique comme soupape de pression-relief pour l'oreille interne, mais beaucoup de mystères demeurent pour la future étude, telle que la façon dont les barrages lamellaires branchent les uns avec les autres, s'ils sont ouverts par pression matérielle ou une certaine protéine détectrice de pression et si ce même mécanisme est présent chez d'autres animaux tels que des souris et des êtres humains.

L'équipe soupçonne également que ce mécanisme puisse être présent dans d'autres organes, tels que l'oeil, le cerveau et les reins, qui contiennent également les cavités remplies de fluide pressurisées. D'intérêt particulier est le rôle des gènes liés à lmx1bb, qui, une fois muté chez les souris, le rein de cause et les problèmes d'oeil.

Des mutations aux gènes lmx1 chez l'homme ont été liées au glaucome, une condition où le liquide s'accumule dans la partie avant de l'oeil. Une meilleure compréhension des barrages et des mécanismes lamellaires de décompression pourrait aider à aviser l'étude et la demande de règlement de ces maladies, les auteurs proposent.

« Cette étude était réellement un cas de voir croit, » Megason a dit. « Il était très important d'avoir la microscopie tranchante sur beaucoup de différents fronts. Chacune de ces différentes techniques de microscope nous a donné une pièce du puzzle différente et une fois remontée, nous obtient l'illustration entière. »