Un grupo de investigación japonés se ha convertido en el primero en revelar que la disposición de las células en forma de tablero de ajedrez en el órgano de Corti del oído interno es vital para la audición. El descubrimiento ofrece una nueva visión de cómo funciona la audición desde la perspectiva de la autoorganización celular y también permitirá comprender mejor varios trastornos de pérdida auditiva.
El grupo de investigación incluyó al Profesor Asistente TOGASHI Hideru de la Escuela de Graduados en Medicina de la Universidad de Kobe y al Dr. KATSUNUMA Sayaka del Hospital Infantil de Kobe de la Prefectura de Hyogo.
Los resultados de esta investigación se publicaron en línea en Fronteras en biología celular y del desarrollo el 8 de diciembre de 2022.
Puntos principales
- En el órgano de Corti en el oído interno, hay dos tipos de células dispuestas en un patrón de mosaico similar a un tablero de ajedrez; células ciliadas responsables de la audición y sus células de apoyo. Sin embargo, la relación entre este patrón de tablero de ajedrez y la función auditiva ha permanecido poco clara durante mucho tiempo.
- En ratones en los que las células del órgano de Corti no pudieron formar este patrón de tablero de ajedrez, solo las células ciliadas murieron (apoptosis), lo que resultó en sordera.
- Por primera vez en el mundo, se entendió que el diseño de tablero de ajedrez juega un papel estructural fundamental en la preservación de las células ciliadas y su funcionalidad, ya que la disposición evita que las células ciliadas se adhieran entre sí.
- Este patrón de mosaico de células se ha observado en varios órganos sensoriales en muchos tipos diferentes de animales. Comprender el mecanismo detrás de cómo la autoorganización celular forma estos patrones de mosaico ayudará a iluminar las funciones de una variedad de órganos sensoriales y los mecanismos detrás de los trastornos.
Antecedentes de la investigación
La cóclea del oído interno es necesaria para escuchar el sonido, y en su interior se encuentra el órgano de Corti (*1). Cuando el órgano de Corti se ve desde arriba bajo un microscopio, se pueden ver dos tipos de células dispuestas en un diseño ordenado con precisión que se asemeja a un ajedrez o un tablero de ajedrez. Las células ciliadas que transmiten las ondas sonoras al cerebro están separadas por células de soporte, que evitan que las células ciliadas se toquen entre sí. Aunque se ha pensado que esta disposición en tablero de ajedrez es necesaria para que el órgano de Corti funcione correctamente, la relación entre este patrón y la función auditiva no ha quedado clara durante mucho tiempo.
Este grupo de investigación reveló previamente que este tablero de ajedrez del oído interno está formado por un mecanismo de segregación celular que permite que las células ciliadas y las células de soporte se alineen correctamente. Las células ciliadas y las células de soporte expresan cada una un tipo diferente de nectina, la molécula de adhesión celular. Esto da como resultado que una célula ciliada y una célula de soporte se adhieran entre sí más fuertemente de lo que lo harían dos células ciliadas o dos células de soporte. Esta propiedad es lo que hace que las células ciliadas y las células de soporte se organicen en un patrón de tablero de ajedrez. En un modelo de ratón donde una de estas moléculas de nectina no es funcional, las propiedades cambian y el patrón de tablero de ajedrez no se puede formar correctamente. En este estudio, los investigadores utilizaron estos ratones para investigar la conexión entre la disposición de las células en tablero de ajedrez y la funcionalidad auditiva.
Metodología de investigación
El grupo de investigación comparó ratones regulares (control) con ratones con un tipo de nectina que no funcionaba correctamente (ratón nectina-3 KO, denominado ratón nectina KO a continuación). No se observaron diferencias entre los ratones en el número de células ciliadas y células de soporte en el órgano de Corti inmediatamente después del nacimiento. Sin embargo, hubo una diferencia en la facilidad con la que los dos tipos de células se adhieren entre sí; en los ratones nectin-3 KO, las células ciliadas se adhieren (lo que normalmente no sucede), lo que produce anomalías en el patrón de tablero de ajedrez. En este punto, los investigadores plantearon la hipótesis de que probar la audición de estos ratones podría revelar la relación entre la audición y el patrón de tablero de ajedrez. Midieron la audición de ratones KO de nectina de más de un mes utilizando el método de respuesta auditiva del tronco encefálico (ABR) (*2). Esta prueba reveló que los ratones nectin KO eran moderadamente sordos, lo que demuestra que esta pérdida auditiva fue causada por anomalías en el oído interno.
Luego, los investigadores examinaron los órganos de Corti de los ratones KO con nectina que se sometieron a la prueba ABR y encontraron que la cantidad de células ciliadas había disminuido aproximadamente a la mitad. A continuación, se dispusieron a averiguar por qué solo habían desaparecido las células ciliadas (y no las células de soporte). Descubrieron que después de las 2 semanas de edad, se producía la apoptosis de las células ciliadas (*3). Además, el examen de las huellas de la apoptosis reveló que se produjo la muerte celular en muchas células que se habían adherido entre sí. Esto llevó a los investigadores a suponer que las células ciliadas que se adhieren entre sí (lo que normalmente no sucede) causaron la apoptosis.
En el tejido epitelial, que también incluye el órgano de Corti, existen uniones estrechas entre cada célula. Estas uniones estrechas no solo conectan las células, sino que también evitan que varias moléculas (incluidos los iones) pasen entre las células. Si el órgano de Corti no tiene estas uniones estrechas, las células ciliadas no pueden funcionar correctamente, las células mueren y se produce pérdida de audición. En los ratones KO de nectina, las uniones estrechas no se formaron correctamente en los lugares donde las células ciliadas se adhirieron entre sí. Sin embargo, las uniones estrechas se formaron correctamente entre las células ciliadas y las células de soporte. Siempre que no se adhirieran dos células ciliadas, se mantuvo la función celular normal. En otras palabras, la apoptosis de las células ciliadas se indujo solo en los lugares donde las células ciliadas se adhirieron anormalmente entre sí y las uniones estrechas no se formaron correctamente. Estos resultados revelaron por primera vez que el patrón de tablero de ajedrez de las células ciliadas y las células de soporte que se encuentran en el órgano de Corti funciona como una estructura fundamental, que protege las células ciliadas y su funcionalidad, evitando que las células ciliadas se adhieran entre sí.
Más investigación
La nectina es el gen causal de la displasia ectodérmica de la isla de Margarita (*4). Además de labio hendido o paladar hendido y discapacidad intelectual, también se ha informado sordera en algunos casos de este trastorno genético. Por lo tanto, los resultados del presente estudio podrían proporcionar una nueva explicación para algunos casos de sordera en los que la causa no está clara.
Este estudio se centró en la audición y demostró la importancia fisiológica del patrón de mosaico de células en forma de tablero de ajedrez en el órgano de Corti. Sin embargo, otras células sensoriales que responden a estímulos externos y sus respectivas células de apoyo también están dispuestas en el mismo tipo de patrón de mosaico alterno. Estos patrones de mosaico se encuentran en los órganos sensoriales, como el epitelio olfativo que es responsable del sentido del olfato y la retina que es responsable de la visión. El hecho de que estos patrones de mosaico no solo se encuentren en mamíferos sino también en una variedad de otros organismos sugiere que son funcionalmente importantes. Los patrones de mosaico en los tejidos sensoriales se crean por autoorganización debido a las diferencias en la adhesividad entre las células. Por lo tanto, centrar la investigación en la autoorganización celular en los órganos sensoriales aumentará nuestro conocimiento de las funciones de los órganos sensoriales y mejorará nuestra comprensión de varias enfermedades relacionadas.
Glosario
1. Órgano de Corti: El órgano sensorial responsable de la audición. Se encuentra dentro de la cóclea en el oído interno.
2. Respuesta auditiva del tronco encefálico (ABR): Un método para registrar las ondas cerebrales que se generan cuando se escucha un sonido. ABR no solo se usa para evaluar la audición de bebés humanos recién nacidos, sino que también se puede usar en ratones y otros animales.
3. Apoptosis: Una forma de muerte celular programada o suicidio celular que ocurre en organismos multicelulares.
4. Displasia ectodérmica de la Isla de Margarita: Trastorno genético causado por mutaciones en el gen nectina-1. La principal manifestación es un labio o paladar hendido acompañado de discapacidad intelectual.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Kobe. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
