Säugetiere angepasst haben, um Leben in die dunkelsten Höhlen und die tiefsten Ozeane, und von den höchsten Bergen bis zu den Ebenen. Entlang des Weges, Säugetiere wurden auch angepasst, eine Bemerkenswerte Fähigkeit, in Ihren Sinn des Hörens, von der hochfrequente ultraschalllaute der Fledermäuse zu niedrigen Frequenz whale songs. Sogar unseren besten Freund, Begleiter, Tiere, Hunde, entwickelt haben, eine Hör-Reichweite doppelt so weit wie Menschen.
Unter der Annahme, dass diese Anpassungen haben einen root-genetische Ursache, ein team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Lucia Franchini, der Nationale Rat für Wissenschaftliche und Technologische Forschung (CONICET) in Buenos Aires, Argentinien, hat es sich zum Ziel, die Identifizierung der genetischen Grundlagen für die Entwicklung des Innenohrs der Säugetiere. Ihre neuesten Ergebnisse Unterstrichen das Versprechen des Konzepts ist, die identifiziert zwei neue Gene, die in der Anhörung. Die Studie wurde veröffentlicht in der erweiterten online-Ausgabe von“ Molecular Biology and Evolution.
„Dieses Papier baut auf der Prämisse, dass die evolution der säugetier-Innenohr-Anhörung im Zusammenhang Neuheiten lassen sollte, eine erkennbare Spur von adaptive molekulare Unterschrift“, sagt Franchini. „Diese Arbeit unterstreicht die Nützlichkeit von evolutionären Studien zu lokalisieren Roman key funktionelle Gene.“
Die grundlegenden Prozesse des Hörens in verschiedenen säugetier-Spezies ist die gleiche. Das auditorische system der Säugetiere ist gekennzeichnet durch eine mittlere Ohr besteht aus drei Gehörknöchelchen (incus (Amboss), der “ malleus (hammer) und Steigbügel (Steigbügel), der Trichter den Ton in das Innenohr.
Franchini Gruppe konzentrierte sich auf das innere Ohr, das sich änderungen in der sound-Intensität in elektrische Signale, die das Gehirn verarbeiten kann. Innerhalb der Innenohr ist die Schnecke-förmige Schnecke, wandelt Schallwellen in Nervenimpulse, einschließlich auditorisches Corti-organ, das über die zwei Arten von spezialisierten sensorischen Haar Zellen (HCs), innere (IHCs) und äußeren Haarzellen (OHCs).
„In der säugetier-cochlea, IHCs und OHCs-display eine klare Arbeitsteilung“, erklärt Franchini. „Die IHCs empfangen und relais-fundierte Informationen zu Verhalten, wie es der wahre Sinneszellen, während OHCs den Klang verstärken Informationen. So, IHCs, welche sind die primären Wandler, Freigabe Glutamat zu begeistern, die sensorische Fasern von der Cochlea-Nerv und OHCs handeln, wie biologische Motoren zu verstärken, die Bewegung des sinnesepithels.“
In Ihrer Studie verwendeten Sie eine zwei-Säulen-Ansatz, in Ergänzung der in silico gen-Vergleiche mit follow-up-experimentelle Studien, um zu gewinnen ein umfassenderes Verständnis der genetischen Schaltkreis hinter säugetier-Innenohr-Anpassungen.
„Diese funktionellen und morphologischen Innovationen in der säugetier-Innenohr tragen zu seiner einzigartigen Hör-Kapazitäten“, sagte führen Autor Lucia Franchini. Aber die genetischen Grundlagen für die Entwicklung der säugetier-Wahrzeichen sind schlecht verstanden. Wir schlagen vor, dass die Entstehung von morphologischen und funktionellen Innovationen in der säugetier-Innenohr konnten, wurden angetrieben durch adaptive molekulare evolution.“
Zunächst nutzten Sie umfangreiche genexpressions-Datenbanken durchführen, software-basierte oder in-silico-vergleichende Studien von 1.300 Gene, Gene zu identifizieren, die möglicherweise positiv selektiert zu helfen Säugetiere, die Anpassung über evolutionäre Zeit. Insgesamt fanden Sie bei 13%, oder 165 Innenohr Gene wurden ausgewählt für die Anpassung.
„Diese Analyse zeigte, dass beide IHCs und OHCs ging durch ein ähnliches Niveau der gen-adaptive evolution wahrscheinlich zugrunde liegenden morphologischen und funktionellen Umbau, der sowohl zelluläre Typen unterzog sich in der säugetier-Linie“, sagt Franchini.
„Insbesondere fanden wir, dass die Analyse der funktionellen Kategorien der positiv ausgewählten Genen am meisten bereichert funktioneller Sicht waren „die zytoskeletale protein-Bindung‘ und ’strukturelle Komponente des zytoskeletts‘. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die OHC-Gene, die erlebte positive Selektion könnte dazu beigetragen haben, dass die übernahme des hoch spezialisierten zytoskeletts in diesen Zellen zugrunde liegt, dass seine charakteristischen funktionellen Eigenschaften, einschließlich der somatischen electromotility.“
Nächste, Sie experimentell getestet werden Hör-gen-Funktionen in einer Reihe von Maus-Studien. Unter diesen, Sie konzentriert sich auf zwei bislang unbekannte innere Ohr Gene: STRIP2 (von Striatin Interacting Protein 2) und ABLIM2 (Actin Binding LIM-Domäne 2), die funktionell gekennzeichnet durch die Entwicklung neuer Stämme von mutierten Mäusen durch die Verwendung CRISPR/Cas9-Technologie. In jedem Fall, Sie verwendet CRISPR auszuschalten Teil der normalen genfunktion zu sehen, wie es betroffenen die Anhörung genetische schaltkreise.
„Wir führten auditive funktionelle Studien von Strip2 und Ablim2 neu generierten Mutanten Mäusen durch zwei sich Ergänzende Techniken, die es ermöglichen Differentialdiagnose von OHC vs. IHC/neuronale Dysfunktion in der gesamten cochlea“, sagt Franchini. „Zur Beurteilung der Integrität des Hörsystems aufgenommen haben wir ABRs (Auditive Hirnstamm-Antworten) , sind Schall-evozierte Potentiale generiert, die von neuronalen Schaltkreisen in der aufsteigenden auditorischen Bahnen. Wir bewerten auch die OHCs-Funktion durch die Verzerrung Produkt-otoakustischen Emissionen (DPOAE) Tests.“
Sie entdeckten, dass Strip2 wahrscheinlich spielt eine funktionelle Rolle in der ersten synapse zwischen IHCs und Nervenfasern. Außerdem, wenn Sie bei der Cochlea-sensorische Epithel, Sie fanden eine signifikante Reduktion in der auditiven-Nerven-Synapsen. Im Gegensatz dazu, die Mutanten-Studien von Ablim2 vermuten, dass die Abwesenheit von Ablim2 nicht beeinflussen, entweder Cochlea-Verstärkung oder der Hörnerv Funktion.
„Zusammenfassend, durch diesen evolutionären Ansatz, den wir entdeckten, dass STRIP2 unterzog sich einer starken positiven Selektion in der säugetier-Linie und spielt eine wichtige Rolle in der Physiologie des Innenohrs“, sagt Franchini. „Darüber hinaus ist unsere kombinierte evolutionären und funktionellen Studien erlauben uns zu vermuten, dass die umfassenden evolutionären Umbau, dass dieses gen unterzog sich in der säugetier-Linie, sofern Sie einen adaptiven Wert. So, unsere Studie ist ein proof-of-concept, dass evolutionäre Ansätze gepaart mit funktionellen Studien konnte ein nützliches Werkzeug sein, um aufzudecken neue key-Player in der Funktion von Organen und Geweben.“