Type II Afferents and Cochlear Damage

II 型传入神经和耳蜗损伤

• 批准号: 9402176
• 负责人: Paul A Fuchs
• 金额: $ 40.11万
• 依托单位: JOHNS HOPKINS UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-06-16 至 2022-05-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9402176
• 关键词: Acoustic Trauma; Action Potentials; Acute; Age; Anatomy; Antibiotics; Antibodies; C Fiber; Calcium; Cochlea; Cues; DRD2 gene; Dose; Drug Delivery Systems; Electron Microscopy; Electrophysiology (science); Enterobacteria phage P1 Cre recombinase; Fiber; Future; G-Protein-Coupled Receptors; Genetic; Genetic Models; Glutamates; Goals; Hearing; Human; Hyperactive behavior; Hyperacusis; Hyperalgesia; Hypersensitivity; Injection of therapeutic agent; Label; Labyrinth; Ligands; Light; Membrane; Methods; Microtomy; Modeling; Molecular; Mus; Neurobiology; Nociception; Nociceptors; Outer Hair Cells; Pain; Pattern; Perception; Pharmacology; Physiological; Property; Proteins; Protocols documentation; Rattus; Reporter; Role; Site; Specificity; Structure; Synapses; Testing; Tissues; Toxin; Transgenic Model; Trauma; Tyrosine 3-Monooxygenase; Validation; Work; animal tissue; base; cell injury; designer receptors exclusively activated by designer drugs; experimental study; extracellular; hearing impairment; mouse model; nerve supply; novel; optogenetics; ototoxicity; postsynaptic; prevent; programs; promoter; response; round window; sound; specific biomarkers; therapeutic target; tool; voltage

Project Summary    This proposal aims to test the hypothesis that type II afferents serve as cochlear nociceptors.  Taking cues from the human complaint of hyperacusis after hearing loss, we will examine the structure  and function of type II afferents in normal and post‐trauma cochleas.  The working hypothesis is that  painful hyperacusis, noxacusis, includes hyperactivity of type II afferents, by analogy to hyperalgesia of  somatic nociceptive C‐fibers.  Thus we will examine type II structure and function in normal and post‐trauma  cochleas of rats and mice.  In parallel we will investigate the properties of surviving outer hair cells in post‐ trauma cochleas. Our methods include: ex vivo electrophysiology, light and electron microscopy, utilization  of optogenetic and chemogenetic tools, and validation and quantification of mouse models in which type II  specific bio‐markers are expressed.    A necessary first step is to extend our ex vivo experimental approach to older cochleas so that  changes wrought by acoustic trauma can be compared to the normal condition.  We will compare  damaging sound, ototoxic antibiotics and genetically encoded biotoxins to produce experimentally  tractable effects on tissue for ex vivo experiments.  The properties and synaptic connections of type II  afferents and outer hair cells will be examined in the excised cochlear tissue of these animals.  We will  continue to explore type II specific genetic mouse models.  Genetically‐encoded reporter proteins,  voltage‐ and calcium‐sensitive indicators, biotoxins, and opto‐ and chemo‐genetic modulators have  become highly informative tools in neurobiology generally and for the inner ear specifically.  Our  ongoing work has characterized one mouse line, tyrosine hydroxylase promoter driven Cre‐recombinase  expression.   Three other candidate type II specific Cre lines will be validated and quantified.  With such  transgenic models it becomes possible to study innervation patterns by expression of fluorescent  reporter proteins, and to activate, eliminate, or modulate type II activity for anatomical and physiological  studies. Cre‐dependent expression of genetically‐modified G‐protein‐coupled receptors (DREADDS) will  provide mice in which type II activity can be increased or decreased by injection of a novel synthetic  ligand, depending on the specific construct.  Varying combinations of systemic and round window drug  delivery will be employed to increase the specificity of experimental manipulations.      The over‐arching goal of this program of experiments is to complete the description of type II  afferents, a still‐unresolved component of cochlear innervation.  The working hypothesis is that these  serve as cochlear nociceptors.  If correct these are a likely neurobiological substrate for noxacusis  (painful hyperacusis).  By defining the basic cellular and molecular mechanisms of type II function and  plasticity, future therapeutic targets can be identified to ameliorate or prevent noxacusis.

项目总结： -- 这项新的提案旨在进一步检验这一假说，即II型传入神经充当耳蜗神经和伤害性感受器。 从听力损失后首次人类听力过敏症的投诉中得到一些提示，我们将继续检查听力结构。 而II型传入神经在正常状态和创伤后的耳蜗肌中起作用。目前的工作机制假说是。 痛性听觉过敏症，又称坐骨神经痛，包括II型传入神经的多动症，可类比为痛觉过敏。 躯体伤害性神经C纤维。因此，我们将重点研究C纤维在正常生理和创伤后的结构和功能变化。 大鼠和小鼠的耳蜗管。同时，我们还将调查存活的大鼠和小鼠的外毛和毛细胞的特性。 我们的主要方法包括：体外实验、电生理学、光镜和电子显微镜检查、临床应用等。 光遗传技术和化学遗传技术工具的研究、验证和验证，以及小鼠模型的量化测试，其中包括类型II。 还表达了特定的生物标记物。 -- 一个非常必要的第一步是将我们的体外实验方法扩展到更老的人工耳蜗术，以便更好地实现。 由声学和创伤造成的变化无法与正常的健康状况相提并论。 具有破坏性的声音、耳毒性和抗生素，以及基因编码的生物毒素，将用于实验生产。 用于体外实验的易处理的神经效应对组织结构的影响。研究第二型突触的基本性质和突触连接。 传入细胞和外毛细胞将在这些动物的耳蜗肌组织切片中进行进一步检查。 继续探索II型和特异的小鼠遗传模型。寻找基因编码的小鼠和蛋白质。 电压敏感型和钙敏感型药物指示剂、生物毒素、药物和光敏剂以及化学遗传性药物调节剂。 成为我们神经生物学中的一个信息量很大的工具，特别是对我们的内耳进行检查和治疗。 正在进行的研究工作已经鉴定了一种新的小鼠品系，即由Cre-重组酶驱动的酪氨酸羟基酶启动子。 Expression.和其他三个候选的CRE类型II和具体的CRE线路将被重新验证和量化。处理这样的问题。 转基因动物模型为研究神经支配模式提供了可能，这种模式是通过表达荧光蛋白来实现的。 记者利用蛋白质、蛋白质和蛋白质来激活、消除、激活或调节II型肌动蛋白的活性，以进行解剖学和生理学研究。 研究表明，基因修饰的G蛋白偶联受体基因(DREADDS)依赖于CRE的基因表达水平将下降。 通过注射一种新型的合成药物，提供一种可以增加或减少II型酶活性的小鼠模型。 配基，取决于不同的具体结构。包括不同的系统性药物和圆形窗口药物的不同组合。 将继续使用交付工具，以进一步提高试验性操作的特异性。 -- 这项新的实验计划的总体目标是完成第二类实验的总体描述。 传入，是耳蜗神经支配的一个尚未解决的组成部分。目前的工作机制假说是这样的。 它们充当耳蜗神经和伤害性感受器。如果正确的话，这些基因很可能是一种神经生物学的底物，可以用来治疗呼吸缺乏症。 (疼痛和听觉过敏症)。通过定义第二型耳机的基本细胞功能和分子生物学机制。 可塑性，这是一种未来的治疗药物靶点，目前还无法确定，以改善症状或预防缺氧。