Genetic deletion of LRBA in mouse cochlear hair cells impairs stereociliar targeting of the actin adaptors radixin and Nherf2. As a result, Lrba?KO hair bundles degenerate during early postnatal development, leading to a progressive form of sensorineural hearing impairment.
LRBA deficiency leads to a progressive and complex form of hearing loss that is characterized by increased auditory brainstem response thresholds and strongly attenuated distortion product otoacoustic emissions.
After initially normal formation of inner and outer hair cell stereociliar arrays, hair bundles of Lrba?KO mice degenerate during the second postnatal week, leading to impaired synaptic sound encoding and cochlear amplification.
The observed hair bundle phenotype arises from a specific reduction in the actin adaptor proteins radixin and Nherf2, which link the stereociliar plasma membrane to the cytoskeleton and hence may provide mechanical stability within the taper region.
Механо-сенсорные волосковые клетки внутреннего уха млекопитающих верно передают звуковые волны с помощью нейрального кода с высокой временно точностью и избирательностью частот. Эта требующая усилий задача базируется на взаимодействии двух типов волосковых клеток. В то время как (i) наружные волосковые клетки (OHCs) умножают звуками индуцированные осцилляции базилярной мембраны и тонко контролируемые разрешения частот, (ii) внутренние волосковые клетки (IHCs) - настоящие сенсорные клетки внутреннего уха - кодируют звуки посредством градированного высвобождения glutamate с их ленточного типа пресинаптических активных зон на центростремительные нейроны спирального ганглия (SGNs).
На своих апикальных полюсах оба типа волосковых клеток снабжены высоко организованными рядами стереоцилий, специализированного типа богатых актином микроворосинок, которые образуют характерные пучки волосков и обладают компонентами аппарата механотрансдукции. После физического наклона пучков волосков, скоординировано открываются механически контролируемые ионные каналы на кончиках стереоцилий, вызывая деполяризацию волосковых клеток, которая в свою очередь приводит к синхронизированной electromotile контракции OHCs и к пресинаптическому высвобождению glutamate из 5-30 активных зон IHC. Каждый IHC синапс характеризуется синаптической лентой, высоко специализированной структурой, которая способна к выделению от сотен до тысяч пузырьков в секунду, почти с точной временной точностью [1], [2].
На апикальном полюсе образование и поддержание рядов стереоцилий критически зависит от эффективного целенаправленного воздействия и взаимодействия разных белковых и липидных компонентов пучков волосков (rev. [3-6]). Пертурбации этой молекулярной хореографии лежат в основе ряда тяжелых наследственных нарушений слуха, наиболее часто обусловленных неспособность или к механотрансдукции или нарушениями в ориентации, организации или элонгации стереоцилий [3-8]. Напр., причиной аутосомной рецессивной аномалии слуха DFNB24 [9-11] является генетическая делеция белка семейства ezrin-radixin-moesin (ERM), radixin (RDX)- обеспечивающего перекрёстную связь между плазматической мембраной и цитоскелетом стереоцилий. Дефицит Radixin у мышей приводит к ранней постнатальной дегенерации пучков волосков [12]. Здесь мы описываем сходное фенотипическое отклонение у др. мутанта мыши, Lrba нокаутных (KO) мышей. LRBA является девятым членом семейства белков BEACH. Эти белки характеризуются присутствием домена BEACH ("Beige and Chediak-Higashi"; ~260 аминокислот; [13]) и обычно довольно крупным размером (~3,000 аминокислот).Это семейство белков открыто почти 20 лет тому назад, его преимущественная молекулярная и клеточная функции остаются не идентифицированными. Наименьший общий знаменатель в современном состоянии знаний является его роль в контроле за сборкой замысловатых боевых порядков биологических макромолекул, обычно в контексте динамики мембран или целенаправленного воздействия на мембранные белки. Дефицит белка BEACH у мутантов разных видов вызывает сложные фенотипы и некоторые из 9 идентифицированных у человека BEACH белков, включая LRBA, участвуют в болезнях человека [rev.[14]]. Физиологическая важность LRBA в основном изучалась на стимулированных иммунных клетках [15], [16], но он экспрессируется также во многих др. тканях, где его функция неясна.
Здесь мы использовали линию Lrba-KO мышей, чтобы тщательно изучить функцию LRBA. Lrba-KO мыши являются жизнеспособными и плодовитыми без видимых аномалий, но фенотипический скрининг в German Mouse Clinic (GMC) выявил снижение пугливости (startle reactivity) и подавление опережающего импульса, указывающие на нарушения слуха. Чтобы выяснить на какой ступени каскада суховых сигналов происходят нарушения при генетической делеции Lrba, мы предприняли детальный междисциплинарный анализ функции слуха Lrba-KO мышей. Мы установили, что LRBA экспрессируется на высоком уровне мышей дикого типа в IHCs и OHCs слуховой улитки, ul tон формировал кластеры в основании киноцилия во время развития. Генетическое устранение Lrba оставляет OHC electromotility и IHC синаптическую трансмиссию интактными, но приводит к преждевременной дегенерации центральных частей пучков волосков на OHC, это, скорее всего, связано со снижением концентрации в стереоцилиях ERM белка RDX и взаимодействующего с RDX белка Nherf2. Соотв., улитковые рецепторные потенциалы снижены, это влечет за собой дефицит амплификации в улитке и нарушение кодирования звуков. Наконец, у двух пациентов с дефицитом LRBA было обнаружено нарушение слуха, согласующееся с описанным у мышей KO фенотипом, хотя и менее тяжелое.
Итак, мы показали, что дефицит LRBA у мышей ведет к прогрессирующей нейросенсорной потере слуха. У LRBA нокаутных мышей пуски стереоцилий на волосковых клетках сначала развиваются нормально, но затем частично дегенерируют в течение второй постнатальной недели. Дефицит LRBA ассоциирует с снижением количества radixin и Nherf2, важных для механической стабильности тонкого базального региона стереоцилий. Происходит потеря структурной целостности центральной части пучка волосков, снижение рецепторного потенциала волосковых клеток, это приводит к потере чувствительности улитки и к функциональной потере части нейронов спирального ганглия и снижению доли спонтанно работающих нейронов. Укорочение этого белка из-за нонсенс или мутации сдвига рамки считывания у пациентов подтверждает. что дефицит LRBA может вызывать нарушения слуха и у людей.
