MANF in the noise-induced trauma in the hair cells of the cochlea
| Title: | MANF in the noise-induced trauma in the hair cells of the cochlea |
| Author(s): | Lankinen, Tuuli |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
| Discipline: | Physiology and Neuroscience |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2020 |
| Abstract: |
Kykymme havainnoida ääntä perustuu sisäkorvamme kykyyn erotella mekaaniset ääniaallot taajuutensa perusteellaan toisistaan, vahvistaa ne ja muuttaa sähköiseksi ärsykkeeksi. Tämä perustuu sisäkorvassa, simpukassa, sijaitsevan Cortin elimen solujen monimutkaiseen keskinäiseen rakenteeseen. Aistinepiteeli seuraa simpukan kierteistä rakennetta tonotooppisesti: jokainen äänentaajuus synnyttää tietyssä kohdassa simpukan kierrettä voimakkaimman vasteen. Tämä vaste havainnoidaan ulkokarvasolujen, joka muodostavat kolme riviä, sekä sisäkarvasolujen, jotka ovat järjestäytyneet yhteen riviin, avulla. Ulkokarvasolut vahvistavat ja parantavat äänentaajuuden erottelua sisäkarvasolujen toimiessa äänen mekaanisen energian muuntamisessa sähköiseksi ärsykkeeksi. Simpukan alakierre tunnistaa korkeat äänentaajuudet ja yläkierre matalat taajuudet. Kuuloelimen herkkyys ja monimutkainen rakenne altistavat sen peruuttamattomille vaurioille., sillä nisäkkäiden karvasolut solut eivät kykene uusiutumaan. Kuulovauriolla on useita syntyperiä. Yhteistä niille kuitenkin on vaurion pysyvyys sekä farmakoterapeuttisten hoitomuotojen puuttuminen. Kuulovaurio on yksilölle vammauttava, minkä lisäksi sillä on laajat yhteiskunnalliset seuraukset. Kuulovaurioiden määrä on yleistynyt jatkuvasti, ja maailman terveysjärjestö, WHO, on arvioinut, että vuonna 2050 10 % maailman väestöstä kärsii vammauttavasta kuulovauriosta.
Kasvutekijä MANF (mesencephalic astrocyte derived neurotropic factor) on epätyypillinen solulimakalvostolla toimiva proteiini, joka edistää solulimakalvoston homeostasiaa. MANF:lla on todettu olevan soluja suojaava vaikutus monissa hermoston rappeutumista kuvaavissa malleissa, minkä lisäksi MANF on tehostanut toipumista iskeemisestä vammasta. MANF: in ilmentymä on löydetty myös monista solutyypeistä simpukassa, mukaan lukien ulko- ja sisäkarvasolut. Hiirimallissa MANF: in inaktivaatio johti solulimakalvoston stressiin sekä laajaan ulkokarvasolujen kuolemaan, aiheuttaen vakavan kuulovaurion.
Tämä tutkielma tutkii eri näkökulmista MANF: in roolia karvasoluissa melutrauman jälkeen. Tutkin kahden ikäryhmän avulla MANF: in puutoksen vaikutuksia meluvaurion aiheuttaman solukuoleman laajuuteen ehdollisesti inaktivoidussa (Manf -/- cKO) C57BL/6J -taustaisessa hiirimallissa, joissa MANF on inaktivoitu simpukan soluista. Tutkin lisäksi karvasolujen MANF:in perusilmentymää sekä melun vaikutuksesta johtuvia ilmentymän muutoksia kahdessa hiirilinjassa (C56BL/6J ja CBA/Ca). Analysoin myös melun ja MANF: in puutoksen aiheuttamia morfologisia muutoksia ulkokarvasolujen karvakimpuissa,stereocilioissa.
Tämä tutkielma löysi ulkokarvasoluista matalan MANF:in ilmentymän, toisin kuin sisäkarvasoluissa, joissa MANF.in ilmentymä oli vahva. Tutkielma myös löysi kummastakin tutkitusta hiirilinjasta MANF:in perusilmentymässä ulkokarvasoluissa tonotooppisen gradientin, joka korreloi ulkokarvasolujen haavoittuvuuden kanssa. Löydös ehdottaa, että alakierteen ulkokarvasolujen matalat MANF-tasot lisäävät niiden vaurioherkkyyttä. Melun vaikutuksesta MANF:in tasot eivät nousseet, kuten odotettiin, vaan sen sijaan MANF:in tasot romahtivat alakierteen ulkokarvasoluista tuntemattomalla mekanismilla kummassakin hiirilinjassa. Tulos ehdottaa melun aiheuttavan ulkokarvasoluissa dys-homeostasiaa, joka ei mahdollisesti ole ER stressin aktivoiman signalointimekanismin, UPR-säätelyn piirissä, mutta ilmenee MANF:n imentymis muutoksina Tutkielma tulokset myös osoittavat että MANF:in puutos herkistää ulkokarvasolut meluvauriolle, joka johtaa suurempaan määrään ulkokarvasolujen kuolemaa, sekä kuulokynnyksen kohoamiseen. Tämä herkistymä on pääaisallisesti seurausta Manf cKO hiirien ulkokarvasolujen karvakimppujen (stereocilia) etenevistä degeneratiivisista muutoksista. MANF.in puutos aiheuttaa vaikeamman melun aiheuttaman vaurion ja kuulon menetyksen. Ehdotankin tutkielman tuloksiin perustuen, että MANF-illa on tärkeä, vielä tuntematon, rooli ulkokarvasoluissa meluvaurion synnyssä. Tulokset tukevat MANF:in terapeuttista käyttöä meluvaurion hoidossa.
Our hearing perception is based on the ability to discriminate mechanical sound waves and to amplify and transduce them into electrical stimuli.This function is based on the complex cellular organization of the cochlea, the hearing organ. The sensory epithelium in the organ of Corti spirals along the cochlear duct in a tonotopic arrangement: every sound frequency elicits the strongest response at allocation along this duct. Sound stimulus is detected by three rows of outer hair cells (OHCs) which amplify- and tone-discriminate the sound stimulus, and by one row of inner hair cells (IHCs), which transduce the mechanical stimulus into electric impulses. Basal regions of the cochlea detect high- frequency sounds and apical regions detect low- frequency sounds. The complexity and sensitivity of the cochlea is linked with its vulnerability to various traumas. Most kinds of damage to the mammalian hair cells is irreversible, because these cells are not capable of regeneration. Hearing impairment has many etiologies. Common to them is that damage is permanent and no pharmacotherapy is available. Hearing impairment is often a disabling condition and it has vast societal consequences. The number of hearing impaired people is constantly increasing and the WHO has estimated that 10% of the world`s population will suffer from disabling hearing loss in 2050.
Mesencephalic astrocyte- derived neurotrophic factor (MANF) is an unconventional, ER-resident protein that promotes ER- homeostasis. It has been associated with cytoprotective functions in many neurodegenerative disease- models and shown to promote recovery after ischemic trauma. MANF expression has been previously found in many cell-types in the cochlea, including OHCs and IHCs. Its deficiency in a mouse model led to upregulation of ER-stress markers and a robust, tonotopic base –to apex gradient loss of outer hair cells and severe hearing loss.
This study examines the role of MANF in noise-induced trauma in the hair cells of the cochlea. In a conditionally inactivated (Manf -/- cKO) mouse model in the C57BL/6J – background, where Manf has been inactivated from most of the cochlear cells, I studied, if Manf -deficiency sensitizes the cells to noise-induced cell death in two age-groups. I also examined the basic and noise- induced MANF expression, using two mouse- strains, C57BL/6J and CBA/Ca. I also examined OHC stereociliary bundle morphology to find out if noise induces morphological changes in Manf cKO-mice that differ from noise-exposed C57BL/6j wild type mice.
This study found that OHCs have a low MANF- expression, whereas in IHCs the expression is strong. MANF is expressed in a base- to apex gradient in the OHCs of the two mouse-strains examined, in a uniform pattern, that correlates with vulnerability, implicating that low levels of MANF predispose basal OHCs to vulnerability. MANF expression in the IHCs was non-gradiental. Noise did not induce upregulation, as was expected, but instead noise induced downregulation of MANF in the basal region of the OHCs by an unknown mechanism in both mouse-strains.This suggests that noise-induced trauma induces ER dyshomeostasis, possibly independent of ER stress response pathways ,unfold protein response (UPR).
This study also demonstrates that MANF deficiency sensitizes the OHCs to noise- induced trauma, resulting in more elevated OHC loss and hearing thresholds. This sensitization is mainly caused by a progressive degenerative changes seen in the OHC stereociliary bundles of Manf cKO-mice, and is associated with more severe noise-induced hearing loss. The results of my study suggest that MANF has an important, yet unknown, protective role in noise-induced trauma in OHCs. These results support the possible role of MANF as a therapeutic agent in a noise-induced trauma.
|
| Keyword(s): | cochlea ER stress hearing loss MANF noise-induced trauma OHC |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Lankinen Tuuli Master`s thesis 2020.pdf | 1.584Mb |