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Revista de otorrinolaringología y cirugía de cabeza y cuello

versión On-line ISSN 0718-4816

Rev. Otorrinolaringol. Cir. Cabeza Cuello v.69 n.1 Santiago abr. 2009

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-48162009000100011 

Rev. Otorrinolaringol. Cir. Cabeza Cuello 2009; 69: 55-60

ARTÍCULO DE REVISIÓN

Terapia génica como herramienta molecular para regenerar células ciliadas

Genetic therapy as a molecular tool for hair cell regeneration

 

Juan Cristóbal Maass O1,2, Loreto Carrasco M2, Luis Dentone S1, Manuel Kukuljan P2.

1Médico Servicio de Otorrinolaringología, Hospital Clínico Universidad de Chile.
2Médico Laboratorio de Neurobiología Celular y Molecular, Departamento de Fisiología y Biofísica, Facultad de Medicina, Universidad de Chile.

Dirección para correspondencia


RESUMEN

La hipoacusia es un gran problema de salud pública. Un daño frecuente encontrado es la pérdida irreversible de las células ciliadas de la cóclea, con preservación de células de sostén, fenómeno común en mamíferos. Las terapias existentes no están orientadas a solucionar el problema de fondo. Trabajos muestran que se puede obtener regeneración ¡n vivo de células ciliadas y mejoría de los umbrales auditivos, mediante la sobrexpresión de Atohl en células de sostén del órgano de Corti (gen fundamental en desarrollo y diferenciación de células ciliadas). Existe evidencia experimental, de que la disminución de la expresión de genes con efecto opuesto puede estimular la proliferación y luego la transdiferenciación de células de sostén a células ciliadas. La investigación en este campo ayudará a entenderé! desarrollo y funcionamiento del oído interno en mamíferos y a que en el futuro se usen terapias de este tipo en pacientes sordos.

Palabras claves: Células ciliadas, regeneración, Atohl, hipoacusia sensorioneural.


ABSTRACT

Hearing loss is a major public health problem. A frequent type of damage, common in mammals, is the irreversible loss of cochlear hair cells, with preservation of the supporting cells. Current therapies are not oriented to solve the fundamental problem. The literature shows that In vivo regeneration of hair cells with auditory thresholds improvement is possible, using overexpression of Atohl (a key gene in the development and differentiation of hair cells) in the organ of Corti supporting cells. Experimental evidence shows that a decrease in the expression of genes that have the opposite effect may stimulate proliferation and posterior differentiation of supporting cells into hair cells. Research on this field will contribute to our understanding of the development and functioning of the mammal inner ear, and to the future use of this type of therapeutic intervention in deaf patients.

Key words: Hair cells, regeneration, Atohl, sensorineural hearing loss.


 

La hipoacusia es un gran problema de salud pública, que afecta aproximadamente a 3 de 1.000 recién nacidos, lo que Incrementa con el envejecimiento de la poblaclón afectando hasta el 50% de las personas de 75 años de edad12. Existen múltiples causas, que se podrían clasificar en las que afectan la llegada del estímulo mecánico al oído Interno (de conducción) y las que se producen por daño directo de esta estructura (sensorloneurales). En estas últimas, el daño histopatológlco más frecuente, Involucra la pérdida irreversible de las células ciliadas de la cóclea con conservación del epitelio de sostén34. Existen en la cóclea dos tipos de células ciliadas: las Internas, que poseen la capacidad de transformar ondas mecánicas en un estímulo eléctrico, y las externas, que participan en amplificar y sintonizar los estímulos5,13. Las terapias existentes hasta el momento están orientadas a modificar las características del estímulo y no a solucionar el problema de fondo (pérdida Irreversible de las células ciliadas). Los audífonos amplifican el estímulo sonoro y el Implante coclear realiza una estimulación directa y tonotóplca sobre el nervio auditivo. Son tratamientos costosos y de difícil ¡mplementaclón lo que Incrementa el Impacto socioeconómico que tiene la dlscapacldad auditiva en la sociedad.

Hace más de cuarenta años se han buscado las claves que expliquen que este daño sea Irreversible. Ruben en 1967, describe la ausencia de proliferación celular en cóclea de ratones a partir del día trece del desarrollo embrionario cuando se produciría la última mitosis o «mitosis terminal»7. Luego de esta división ocurre la diferenciación de las células del órgano de Cortl8. Esta estructura en mamíferos es altamente estructurada y especializada. Dentro de ella no se ha Identificado células progenltoras, y tanto las células ciliadas como las de sostén corresponden a un estado terminal de diferenciación8,10. Las Investigaciones realizadas en este campo aún no han sido capaces de demostrar recambio ni regeneración espontánea luego de daño de células ciliadas de la cóclea de mamíferos7,10. Sin embargo, estos fenómenos se producen normalmente en células ciliadas de la línea lateral de peces11, de cócleas y vestíbulos de aves12 y de utrículos de roedores13,15. En un estudio en cobayos luego de daño con amilnogll-cósidos se encontró dos a tres mitosis en las células de sostén por cóclea16. Todo esto es compatible con la ¡dea de que durante la evolución se habría perdido la capacidad de proliferación y regeneración espontánea del epitelio sensorial de la cóclea. No se sabe la causa de esta pérdida eventual, qué factores la explicarían ni si tendría alguna función. Pero es posible que exista un potencial y que, luego de cambiar ciertas condiciones en las células, se produzca proliferación y regeneración coclear.

El desarrollo embrionario del oído Interno es comandado por genes que Intervienen en distintas etapas de éste y que a partir del neuroectodermo establecen patrones de desarrollo, especificando la formación de ciertos dominios, proliferación de ciertos tipos celulares y diferenciación de otros, determinando una arquitectura característica y críticamente conservada, ya sea por gradientes de expresión o por señales Intercelulares que estimulan cascadas de señales. Es así como progresivamente se forman la placoda ótica, la vesícula ótica, la cóclea, el dominio prosensorial, las células ciliadas Internas, externas y las células de sostén, con polaridad, número y posición adecuada910. Estos genes son comunes a la formación del sistema nervioso en general, así como también están presentes en la formación de otras estructuras17,20. Muchos de ellos están alterados en pacientes con hlpoacusla de causa genética (Ej: TBX1 y el Sd. DIGeorge) y se han encontrado alteraciones severas en el desarrollo del oído Interno en ratones knock-out (KO) para estos genes (KO: es aquel al que por medio de técnicas genéticas y de biología molecular se le ha «eliminado» al menos un gen). Algunos de ellos también se expresan en el oído Interno adulto, su función no se conoce del todo y se utilizan a menudo como marcadores de ciertas células del órgano de Cortl, ya que se expresan en forma diferencial en éstas. Estos genes codifican variados productos, pero los más estudiados son proteínas de membrana o secretadas (Ej.: Notch/ Delta-Jag1y2 y Fgfr3/Fgf8), factores de transcripción (proteína que es capaz de unirse a secuencias específicas de ADN con el objetivo de regular la transcripción. Ej.: Atohl, Hes1, Hes5 y Tbx1) (Figuras 1 y 2), y reguladores del ciclo celular (pRb y p27Kip1)8. La manipulación de la expresión de algunos de estos genes en el órgano de Cortl ha producido proliferación celular y nuevas células ciliadas21,24, demostrando que existe un potencial regenerative Por ejemplo, al eliminar la expresión de pRb (retlnoblastoma) mediante un KO condicional, las células ciliadas diferenciadas pueden volver al ciclo celular, dividirse y formar nuevas células ciliadas diferenciadas capaces establecer conexiones con el nervio auditivo21.



A pesar de que se desconocen los mecanismos Involucrados y no se sabe a partir de qué tipo celular se pueden producir las nuevas células ciliadas (células de sostén, células ciliadas o progenitores), es Importante buscar formas de regenerar células ciliadas in vivo para diseñar nuevas terapias para pacientes sordos.

El gen «atonal» de Drosophila melanogaster, codifica un factor de transcripción basic Hellx-Loop-Hellx (bHLH) que es fundamental en el desarrollo de los órganos cordotonales de la mosca (sentido de audición, y detección de vibración, presión y altitud)25,21. Atohl (gen homólogo de atonal en mamíferos), es un gen proneural fundamental para el desarrollo de las células ciliadas de la cóclea28,29. Inmediatamente después de las mitosis terminales se expresa en todo el espesor del epitelio coclear en formación, para luego mantenerse sólo en las células ciliadas y no en las de sostén33. Además de otras alteraciones en el sistema nervioso central, los ratones homoclgotos para la pérdida de Atohl no tienen células ciliadas en el oído Interno28,29. El fenotipo normal se puede recuperar en ratones KO al reemplazar Atohl por atonal de mosca27. A la Inversa, las moscas mutantes de atonal pueden recuperar el fenotipo al Introducir Atohl de ratón30. Atohl disminuye su expresión en mamíferos adultos, su función en este estadio no ha sido caracterizada23,31. Al sobreexpresar Atohl en roedores adultos y durante su desarrollo, tanto in vitro como in vivo se producen células ciliadas ectóplcas8,23,31,32. Cuando la sobreexpreslón se realizó en el órgano de Kólllker (grupo de células mediales al órgano de Cortl y responsables de la producción de la membrana tectorla) las células generadas fueron capaces de atraer dendritas desde el ganglio espiral (nervio auditivo)31 y de Inducir a su alrededor la diferenciación hacia células de sostén (simulando neuromastos de línea lateral de peces)33. Probablemente esta última acción se produjo al estimularse la vía de Notch. El aumento de la expresión de Atohl, cambia el destino celular hacia una célula ciliada y aumenta la expresión de Jag2, que ¡nteractúa con Notchl en una célula contigua lo que hace que en esta última se aumente la expresión de Hes1 y 5 que Inhiben la expresión de Atohl lo que modifica el destino celular hacia una célula de sostén8. Esta vía Interviene durante el desarrollo Induciendo Inhibición lateral, permitiendo que exista normalmente una fila de células ciliadas Internas y tres filas de células ciliadas externas10 (Figura 3). Finalmente en cobayos adultos sordos se demostró mediante virus Inyectados en la escala media que la sobrexpreslón transitoria de Atohl en las células de sostén (cócleas carentes de células ciliadas) produce regeneración de células ciliadas y disminución de sus umbrales auditivos luego de dos meses32.


Aún no se ha desarrollado un tratamiento definitivo para la hlpoacusla sensorioneural, y se busca la forma de regenerar células ciliadas. Las principales líneas de Investigación en desarrollo comprenden el uso de terapia génica (supresión o activación de genes), Introducción de células madres a la cóclea, y uso fármacos y factores de crecimiento34 (Figuras 4, 5 y 6) . El estudio* de la expresión génica en el órgano de Cortl tanto durante su desarrollo como durante la etapa adulta ayudará a comprender mejor su fisiología y a desarrollar terapias en el futuro orientadas a tratar pacientes sordos.




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* Parte del proyecto «Interferencia de la expresión de genes en el oído interno como herramienta molecular para regenerar células ciliadas» financiado por el concurso anual 2006 de la Sociedad Chilena de Otorrinolaringología, Medicina, Cirugía de Cabeza y Cuello, beca CONICYT doctorado y AT-24071080.

Dirección: Dr. Juan Cristóbal Maass O.
Santos Dumont999, Independencia. Santiago, Chile. E mail: jcmaass@yahoo.com

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