Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự Phát Triển Muộn Của Otolith Không Ảnh Hưởng Đến Sự Hình Thành Mạch Mạng Tiền Đình Ở Cá Ngựa
Tóm tắt
Vai trò của tín hiệu cảm giác theo hình mẫu bình thường trong sự phát triển của các mạch tiền đình là gì? Vì lý do kỹ thuật, bao gồm sự khó khăn trong việc tước bỏ các đầu vào tiền đình của động vật, đây là một câu hỏi khó khăn để giải quyết. Ở đây, chúng tôi tận dụng một đột biến cá ngựa thiếu tiền đình, rock solo
AN66
, để kiểm tra xem đầu vào cảm giác bình thường có cần thiết cho việc hình thành mạch điều chỉnh tư thế do tiền đình điều khiển hay không. Chúng tôi cho thấy rằng đột biến rock solo
AN66
là một đột biến vị trí cắt ghép trong glycoprotein bài tiết otogelin (otog), mà chúng tôi xác nhận thông qua cả giải trình tự toàn bộ gen và bổ sung với một đột biến ngừng sớm otog. Sử dụng kính hiển vi huỳnh quang, chúng tôi thấy rằng các yếu tố của các mạch điều chỉnh tư thế có cấu trúc giải phẫu bình thường trong các đột biến rock solo
AN66
, bao gồm các tế bào lông, neuron hạch tiền đình, và neuron tủy sống tiền đình. Đáng ngạc nhiên, các thiếu sót thăng bằng và điều chỉnh tư thế rõ rệt ở ấu trùng trẻ tuổi biến mất vào khoảng 2 tuần tuổi. Chúng tôi chứng minh rằng sự phục hồi hành vi này theo sau sự phát triển muộn của otolith trước (utricular), xuất hiện khoảng 14 ngày sau khi thụ tinh (dpf), so với 1 dpf ở WT. Những phát hiện này cho thấy rằng tín hiệu của utricular không cần thiết cho sự phát triển cấu trúc bình thường của tai trong và các neuron nhân tiền đình. Hơn nữa, mặc dù sự phát triển của otolith bị trì hoãn cho đến rất lâu sau khi các hành vi điều chỉnh tư thế xuất hiện bình thường, các mạch bên dưới có thể điều khiển phản xạ định hướng trong khoảng 1-2 ngày sau khi nó xuất hiện, cho thấy rằng việc lắp đặt mạch tiền đình không bị tổn hại bởi sự trì hoãn trong hoạt động có hình mẫu. Sự phục hồi chức năng của các hành vi điều chỉnh tư thế có thể làm sáng tỏ lý do tại sao con người có đột biến ở otog chỉ thể hiện các khiếm khuyết tiền đình dưới lâm sàng.
Từ khóa
#mạch tiền đình #otolith #cá ngựa #tín hiệu cảm giác #cấu trúc tai trongTài liệu tham khảo
Bagnall MW, McLean DL (2014) Modular organization of axial microcircuits in zebrafish. Science 343:197–200
Basaldella E, Takeoka A, Sigrist M, Arber S (2015) Multisensory signaling shapes vestibulo-motor circuit specificity. Cell 163:301–312
Beck JC, Gilland E, Tank DW, Baker R (2004) Quantifying the ontogeny of optokinetic and vestibuloocular behaviors in zebrafish, medaka, and goldfish. J Neurophysiol 92:3546–3561
Bever MM, Fekete DM (2002) Atlas of the developing inner ear in zebrafish. Developmental dynamics : an official publication of the American Association of Anatomists 223:536–543
Boyle R, Mensinger AF, Yoshida K, Usui S, Intravaia A, Tricas T, Highstein SM (2001) Neural readaptation to Earth’s gravity following return from space. J Neurophysiol 86:2118–2122
Branoner F, Straka H (2015) Semicircular canal-dependent developmental tuning of translational vestibulo-ocular reflexes in Xenopus laevis. Developmental neurobiology 75:1051–1067
Caston J, Precht W, Blanks RHI (1977) Response characteristics of frog’s lagena afferents to natural stimulation. J Comp Physiol 118:273–289
Cingolani P, Platts A, Wang le L, Coon M, Nguyen T, Wang L, Land SJ, Lu X, Ruden DM (2012) A program for annotating and predicting the effects of single nucleotide polymorphisms, SnpEff: SNPs in the genome of Drosophila melanogaster strain w1118; iso-2; iso-3. Fly (Austin) 6:80–92
Cohen-Salmon M, El-Amraoui A, Leibovici M, Petit C (1997) Otogelin: a glycoprotein specific to the acellular membranes of the inner ear. Proc Natl Acad Sci U S A 94:14450–14455
Eatock RA, Songer JE (2011) Vestibular hair cells and afferents: two channels for head motion signals. Annu Rev Neurosci 34:501–534
El Hakam Kamareddin C, Magnol L, Blanquet V (2015) A new Otogelin ENU mouse model for autosomal-recessive nonsyndromic moderate hearing impairment. Springerplus 4:730
El-Amraoui A, Cohen-Salmon M, Petit C, Simmler MC (2001) Spatiotemporal expression of otogelin in the developing and adult mouse inner ear. Hear Res 158:151–159
Elliott KL, Houston DW, DeCook R, Fritzsch B (2015) Ear manipulations reveal a critical period for survival and dendritic development at the single-cell level in Mauthner neurons. Developmental neurobiology 75:1339–1351
Eugene D, Deforges S, Vibert N, Vidal PP (2009) Vestibular critical period, maturation of central vestibular neurons, and locomotor control. Ann N Y Acad Sci 1164:180–187
Fernandez C, Goldberg JM (1976) Physiology of peripheral neurons innervating otolith organs of the squirrel monkey. I. Response to static tilts and to long-duration centrifugal force. J Neurophysiol 39:970–984
Fritzsch B (1990) Experimental reorganization in the alar plate of the clawed toad, Xenopus laevis. I. Quantitative and qualitative effects of embryonic otocyst extirpation. Brain Res Dev Brain Res 51:113–122
Goodyear RJ, Legan PK, Christiansen JR, Xia B, Korchagina J, Gale JE, Warchol ME, Corwin JT, Richardson GP (2010) Identification of the hair cell soma-1 antigen, HCS-1, as otoferlin. J Assoc Res Otolaryngol 11:573–586
Haddon C, Lewis J (1996) Early ear development in the embryo of the zebrafish, Danio rerio. J Comp Neurol 365:113–128
Hensch TK (2004) Critical period regulation. Annu Rev Neurosci 27:549–579
Holmdahl R, Malissen B (2012) The need for littermate controls. Eur J Immunol 42:45–47
Hubel DH, Wiesel TN (1970) The period of susceptibility to the physiological effects of unilateral eye closure in kittens. J Physiol 206:419–436
Kettleborough RN, Busch-Nentwich EM, Harvey SA, Dooley CM, de Bruijn E, van Eeden F, Sealy I, White RJ, Herd C, Nijman IJ, Fenyes F, Mehroke S, Scahill C, Gibbons R, Wali N, Carruthers S, Hall A, Yen J, Cuppen E, Stemple DL (2013) A systematic genome-wide analysis of zebrafish protein-coding gene function. Nature 496:494–497
Khorevin VI (2008) The lagena (the third otolith endorgan in vertebrates). Neurophysiology 40:142–159
Kimmel CB, Powell SL, Metcalfe WK (1982) Brain neurons which project to the spinal cord in young larvae of the zebrafish. J Comp Neurol 205:112–127
Lambert FM, Beck JC, Baker R, Straka H (2008) Semicircular canal size determines the developmental onset of angular vestibuloocular reflexes in larval Xenopus. J Neurosci 28:8086–8095
Leake PA, Hradek GT, Chair L, Snyder RL (2006) Neonatal deafness results in degraded topographic specificity of auditory nerve projections to the cochlear nucleus in cats. J Comp Neurol 497:13–31
Levi-Montalcini R (1949) The development of the acoustico-vestibular centers in the chick embryo in the absence of the afferent root fibers and of descending fiber tracts. J Comp Neurol 91:209–241
Li H (2014) Toward better understanding of artifacts in variant calling from high-coverage samples. Bioinformatics 30:2843–2851
Li H, Handsaker B, Wysoker A, Fennell T, Ruan J, Homer N, Marth G, Abecasis G, Durbin R, Genome Project Data Processing S (2009) The sequence alignment/map format and SAMtools. Bioinformatics 25:2078–2079
Lu Z, Xu Z, Buchser WJ (2003) Acoustic response properties of lagenar nerve fibers in the sleeper goby, Dormitator latifrons. Journal of comparative physiology A, Neuroethology, sensory, neural, and behavioral physiology 189:889–905
MacNaughtan IPJ, McNally WJ (1946) Some experiments which indicate that the frog’s lagena has an equilibrial function. J Laryngol Otol 61:204–214
Mo W, Chen F, Nechiporuk A, Nicolson T (2010) Quantification of vestibular-induced eye movements in zebrafish larvae. BMC Neurosci 11:110
Moorman SJ, Cordova R, Davies SA (2002) A critical period for functional vestibular development in zebrafish. Developmental dynamics : an official publication of the American Association of Anatomists 223:285–291
Oonk AM, Leijendeckers JM, Huygen PL, Schraders M, del Campo M, del Castillo I, Tekin M, Feenstra I, Beynon AJ, Kunst HP, Snik AF, Kremer H, Admiraal RJ, Pennings RJ (2014) Similar phenotypes caused by mutations in OTOG and OTOGL. Ear Hear 35:e84–e91
Paffenholz R, Bergstrom RA, Pasutto F, Wabnitz P, Munroe RJ, Jagla W, Heinzmann U, Marquardt A, Bareiss A, Laufs J, Russ A, Stumm G, Schimenti JC, Bergstrom DE (2004) Vestibular defects in head-tilt mice result from mutations in Nox3, encoding an NADPH oxidase. Genes Dev 18:486–491
Pittman AJ, Law MY, Chien CB (2008) Pathfinding in a large vertebrate axon tract: isotypic interactions guide retinotectal axons at multiple choice points. Development 135:2865–2871
Riley BB, Moorman SJ (2000) Development of utricular otoliths, but not saccular otoliths, is necessary for vestibular function and survival in zebrafish. J Neurobiol 43:329–337
Rubel EW, Fritzsch B (2002) Auditory system development: primary auditory neurons and their targets. Annu Rev Neurosci 25:51–101
Schraders M et al (2012) Mutations of the gene encoding otogelin are a cause of autosomal-recessive nonsyndromic moderate hearing impairment. Am J Hum Genet 91:883–889
Sebastian C, Esseling K, Horn E (2001) Altered gravitational forces affect the development of the static vestibuloocular reflex in fish (Oreochromis mossambicus). J Neurobiol 46:59–72
Simmler MC, Cohen-Salmon M, El-Amraoui A, Guillaud L, Benichou JC, Petit C, Panthier JJ (2000a) Targeted disruption of otog results in deafness and severe imbalance. Nat Genet 24:139–143
Simmler MC, Zwaenepoel II, Verpy E, Guillaud L, Elbaz C, Petit C, Panthier JJ (2000b) Twister mutant mice are defective for otogelin, a component specific to inner ear acellular membranes. Mamm Genome 11:961–966
Stooke-Vaughan GA, Obholzer ND, Baxendale S, Megason SG, Whitfield TT (2015) Otolith tethering in the zebrafish otic vesicle requires Otogelin and alpha-Tectorin. Development 142:1137–1145
Straka H (2010) Ontogenetic rules and constraints of vestibulo-ocular reflex development. Curr Opin Neurobiol 20:689–695
Straka H, Fritzsch B, Glover JC (2014) Connecting ears to eye muscles: evolution of a ‘simple’ reflex arc. Brain Behav Evol 83:162–175
Torborg CL, Feller MB (2005) Spontaneous patterned retinal activity and the refinement of retinal projections. Prog Neurobiol 76:213–235
Whitfield TT, Granato M, van Eeden FJ, Schach U, Brand M, Furutani-Seiki M, Haffter P, Hammerschmidt M, Heisenberg CP, Jiang YJ, Kane DA, Kelsh RN, Mullins MC, Odenthal J, Nusslein-Volhard C (1996) Mutations affecting development of the zebrafish inner ear and lateral line. Development 123:241–254
Wolman MA, Jain RA, Liss L, Granato M (2011) Chemical modulation of memory formation in larval zebrafish. Proc Natl Acad Sci U S A 108:15468–15473
Wu LQ, Dickman JD (2012) Neural correlates of a magnetic sense. Science 336:1054–1057
Yariz KO et al (2012) Mutations in OTOGL, encoding the inner ear protein otogelin-like, cause moderate sensorineural hearing loss. Am J Hum Genet 91:872–882
