南通大学刘东团队发现THOC1突变引起P53介导的毛细胞凋亡导致老年性耳聋

撰文 | 魏官云

编辑 | 潘鲁湲

      毛细胞是听觉和机械感受细胞，但哺乳动物内耳感觉毛细胞是不可再生的。65岁以上的人中有约40%会发生老年性耳聋，毛细胞凋亡是导致老年性耳聋的关键原因。
      2020年8月，南通大学刘东研究团队在Plos Genetics上发表了题为“THOC1 deficiency leads to late-onset nonsyndromic hearing loss through p53-mediated hair cell apoptosis”的研究论文。论文对南通市的一个听力损失家族进行外显子测序发现了一个新的人类迟发性进行性听力损失致病基因THOC1，并且利用斑马鱼模型揭示thoc1突变可激活P53信号通路导致毛细胞凋亡。

       通过对听力损失家族的外显子测序与分析发现THOC1基因突变（c.547C>G，p.L183V ）与该家族的听力损失密切相关。在小鼠模型和斑马鱼模型中，THOC1均能富集到毛细胞（图1）。对小鼠内耳横断面和免疫染色显示，THOC1特异表达于内耳和外耳毛细胞，而不特异表达于球囊、胞囊、螺旋神经节细胞和血管纹；对斑马鱼原位杂交现实，Thoc1在斑马鱼发育中的神经丘中特异性富集。表明Thoc1在毛细胞中的特异表达是在物种间保守的。

图1 THOC1在小鼠和斑马鱼毛细胞中富集

       该研究继续利用CRISPR/Cas9系统构建了thoc1基因突变的斑马鱼品系，并发现Thoc1缺失导致斑马鱼毛细胞发育缺陷（图2）。在thoc1基因突变斑马鱼中，头部神经丘和侧线神经丘均显著减少，且神经丘中的毛细胞数量也显著减少。此外，根据在耳聋家系中发现的THOC1突变 (p. L183V) 设计的特异性敲低thoc1基因的实验，发现thoc1的敲低导致斑马鱼毛细胞的减少，而高表达thoc1基因能够挽回部分表型，说明thoc1基因的敲低或者敲除均能造成斑马鱼毛细胞的显著减少。

图2 THOC1缺失导致斑马鱼毛细胞减少

       通过对thoc1基因突变斑马鱼毛细胞的观察发现，约83%的毛细胞形态异常，推测毛细胞可能发生凋亡。利用检测凋亡DNA片段的TUNEL实验分析发现Thoc1缺失导致神经细胞中45%的毛细胞和支持细胞凋亡。对48hpf突变体胚胎进行的转录组测序发现P53信号通路发生了显著的变化，P53信号通路可以促进细胞凋亡、DNA复制和细胞周期。进一步的实验显示多个凋亡基因bax、casp3和casp9均在thoc1突变体中显著上调。说明thoc1基因突变斑马鱼毛细胞很可能发生了凋亡，且与P53信号通路有关。

       使用P53的抑制剂（Pifithrin-α）处理thoc1基因突变斑马鱼，能够显著有效地挽救毛细胞缺失的表型，且显著减少毛细胞凋亡的发生（图3）；表明Thoc1缺失可引起P53信号通路中促凋亡基因的表达，导致斑马鱼毛细胞凋亡。

图3 P53抑制剂可挽救THOC1缺失导致的斑马鱼毛细胞凋亡和减少

       该研究从当地临床研究出发，通过测序技术从基因组突变角度探索病因，筛选致病基因，利用斑马鱼模型研究致病基因的表达情况和作用机制。为临床结合科研提供了参考。研究发现的新耳聋致病基因，为遗传性耳聋的分子基础提供了一个新见解 。

       南通大学附属医院张鲁平博士、南通大学硕士研究生高煜、上海东方医院张茹为论文的共同第一作者；南通大学刘东教授、上海第九人民医院杨涛研究员、吴皓教授为论文共同通讯作者。