Afferent-efferent interactions in the developing cochlea

发育中的耳蜗中的传入-传出相互作用

• 批准号: 10062939
• 负责人: Lisa Goodrich
• 金额: $ 49.41万
• 依托单位: HARVARD MEDICAL SCHOOL
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2016-12-01 至 2022-11-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10062939
• 关键词: Acoustic Trauma; Affect; Afferent Neurons; Aging; Animals; Auditory; Auditory Perception; Axon; Brain; Brain Stem; Cell Adhesion Molecules; Cochlea; Cochlear Implants; Complement; Complex; Contralateral; Cues; Data; Defect; Development; Ear; Efferent Neurons; Environment; Event; Feedback; GATA3 gene; Ganglia; Gene Expression Profiling; Genes; Genetic; Growth; Hearing; Hearing Tests; Inner Hair Cells; Invaded; Ipsilateral; Knockout Mice; Knowledge; Label; Labyrinth; Lateral; Light; Location; Medial; Mediating; Molecular; Molecular Biology Techniques; Morphology; Mus; Music; Mutant Strains Mice; Nature; Nerve; Neuraxis; Neurons; Noise; Organ of Corti; Outer Hair Cells; Output; Pathway interactions; Pattern; Peripheral; Phenotype; Population; Process; Property; Radial; Research Project Grants; Role; Side; Signal Transduction; Speech Perception; Synapses; System; Technology; Testing; Time; Work; base; binaural hearing; cell type; cholinergic neuron; conditional knockout; design; differential expression; experimental study; genetic analysis; genetic approach; improved; insight; mutant; nerve supply; neuron development; normal aging; programs; receptor; repaired; response; scaffold; sound; spiral ganglion; temporal measurement; tool; transcription factor; transcriptome sequencing

Project Summary  The cochlea is innervated by two main classes of neurons: the spiral ganglion neuron (SGN) afferents, which  transmit information from the ear to the brain, and the olivocochlear neuron (OCN) efferents, which provide  feedback from the brain to the ear. Housed in the auditory brainstem, OCNs comprise two small populations  of  cholinergic  neurons  that  send  axons  along  the  eighth  nerve  and  into  the  cochlea.  One  subset,  the  medial  olivocochlear (MOC) efferents, extend myelinated axons that fasciculate with SGN afferents in radial bundles  and  terminate  on  outer  hair  cells  in  the  organ  of  Corti.  The  other  subset,  the  lateral  olivocochlear  (LOC)  efferents, develop thinner, unmyelinated axons that also follow along the radial bundles, but terminate instead  on the endings of Type I SGN afferents contacting the inner hair cells. Together, the LOC and MOC neurons  modulate the output of the cochlea, thereby improving binaural hearing and protecting the cochlea from the  effects  of  excess  noise  and  aging.  By  investigating  how  LOC  and  MOC  neurons  develop  and  establish  connections,  we  can  gain  valuable  insights  into  how  the  cochlea  is  wired  and  maintained  for  a  lifetime  of  hearing.  This  knowledge  will  improve  cochlear  implant  technology  and  identify  new  molecular  entry  points  for rewiring the damaged cochlea.  OCN axons develop in tight association with the SGN afferents, which appear to provide a scaffold for growth  within  the  cochlea.  In  turn,  OCN  efferents  influence  SGN  activity  both  indirectly,  by  forming  transient  synapses  with  the  IHCs  during  development,  and  directly,  by  forming  synapses  on  Type  I  peripheral  processes  that  can  regulate  mature  SGN  firing  properties.  Based  on  the  intimate  relationship  between  these  two  populations,  we  hypothesize  that  reciprocal  interactions  between  efferents  and  afferents  sculpt  the  final  wiring  pattern  of  the  cochlea.  To  investigate  this  idea,  we  propose  to  launch  a  new  research  project  aimed  at  defining how and when OCN axons interact with SGN afferents, both at the cellular level and at the molecular  level.  We  will  start  by  using  genetic  approaches  to  document  afferent‐efferent  interactions  with  high  spatial  and  temporal  resolution.  In  parallel,  we  will  use  newly  available  molecular  biology  techniques  to  identify  genes  that  are  differentially  expressed  in  LOC  and  MOC  neurons,  including  those  that  might  direct  each  population towards distinct targets in the cochlea. These studies will be complemented with a focused analysis  of  the  transcription  factor  Gata3,  which  we  found  is  required  in  OCNs  for  proper  innervation  of  the  cochlea,  with  secondary  effects  on  SGN  afferent  growth  and  targeting.  Results  from  the  proposed  experiments  will  establish a framework for studying the development and function of OCNs and provide new insights into the  molecular pathways that guide the dual innervation of the cochlea by afferents and efferents.

项目摘要  耳蜗受两类主要神经元支配：螺旋神经节神经元 (SGN) 传入神经，  将信息从耳朵传输到大脑和橄榄耳蜗神经元 (OCN) 传出神经，从而提供  从大脑到耳朵的反馈。 OCN 位于听觉脑干中，由两个小群体组成  胆碱能神经元沿着第八神经发送轴突并进入耳蜗。  其中一个子集是内侧  橄榄耳蜗 (MOC) 传出神经，延伸有髓鞘轴突，与径向束中的 SGN 传入神经束相连  终止于柯蒂氏器的外毛细胞。  另一个子集，外侧橄榄耳蜗 (LOC)  传出神经，发育出更薄的无髓鞘轴突，这些轴突也沿着径向束延伸，但终止  在 I 型 SGN 传入信号的末端接触内毛细胞。 LOC 和 MOC 神经元一起  调节耳蜗的输出，从而改善双耳听力并保护耳蜗免受  过度噪音和老化的影响。  通过研究 LOC 和 MOC 神经元如何发育和建立  连接，我们可以获得关于耳蜗如何连接和终生维护的宝贵见解  听力。  这些知识将改进人工耳蜗植入技术并确定新的分子切入点  用于重新连接受损的耳蜗。  OCN 轴突的发育与 SGN 传入神经密切相关，SGN 传入神经似乎为生长提供了支架  在耳蜗内。  反过来，OCN 传出信号通过形成瞬态来间接影响 SGN 活动  在发育过程中与 IHC 形成突触，并直接通过在 I 型外周血上形成突触  可以调节成熟 SGN 烧制特性的过程。  基于这些人之间的亲密关系  两个群体，我们假设传出神经和传入神经之间的相互作用决定了最终的结果  耳蜗的布线模式。  为了研究这个想法，我们建议启动一个新的研究项目，旨在  定义 OCN 轴突如何以及何时与 SGN 传入相互作用，无论是在细胞水平还是在分子水平  等级。  我们将首先使用遗传方法来记录与高空间的传入传出相互作用  和时间分辨率。  与此同时，我们将使用新近可用的分子生物学技术来识别  在 LOC 和 MOC 神经元中差异表达的基因，包括那些可能指导每个神经元的基因  人口朝向耳蜗中的不同目标。 这些研究将通过有针对性的分析来补充  转录因子 Gata3，我们发现 OCN 需要 Gata3 来保证耳蜗的适当神经支配，  对 SGN 传入生长和靶向产生次要影响。  拟议实验的结果将  建立一个研究 OCN 的发展和功能的框架，并提供对 OCN 的新见解  通过传入和传出引导耳蜗双重神经支配的分子通路。

项目成果

Experience-dependent flexibility in a molecularly diverse central-to-peripheral auditory feedback system.

• DOI: 10.7554/elife.83855
• 发表时间: 2023-03-06
• 期刊: eLife
• 影响因子: 7.7
• 作者: Frank MM;Sitko AA;Suthakar K;Torres Cadenas L;Hunt M;Yuk MC;Weisz CJC;Goodrich LV
• 通讯作者: Goodrich LV

Talking back: Development of the olivocochlear efferent system.

• DOI: 10.1002/wdev.324
• 发表时间: 2018-11
• 期刊: Wiley interdisciplinary reviews. Developmental biology
• 作者: Frank MM;Goodrich LV
• 通讯作者: Goodrich LV