锌指蛋白Zbtb20基因缺失后的致聋机理研究

The mutation of deafness associated genes is the main factor causing hearing loss in newborns. Identification of new deafness associated genes will shed new light on the dignosis and treatment of hereditary hearing loss. Our preliminary data showed that zinc finger protein Zbtb20 was expressed in the developing and adult cochlea. Zbtb20 global knockout mice showed deafness accompanied by multi-system abnormalities. It has been reported recently that mutation in human ZBTB20 can cause syndromic hearing loss. However, the underlying deafness mechanism is still unclear. To reveal the role of zbtb20 in hearing, we have constructed nervous system-specific and otic vesicle-specific Zbtb20 conditional knockout mice, and found that the former showed normal hearing and the latter exhibited deafness, which imply that Zbtb20 expression in cochlea is essential for hearing. Based on these findings, in this project, we plan to analyze electrophysiological properties, morphology and molecular expression patterns in the Zbtb20-deleted cochlea. We will go further to screen and confirm Zbtb20’s critical target genes and underlying molecular mechanisms.

耳聋相关基因的突变是导致新生儿听力损失的重要因素，新的耳聋相关基因的发现及其致病机制研究将会为该疾病的诊治提供新思路。锌指蛋白Zbtb20是申请人所在课题组率先报道的转录因子，我们前期发现该分子在发育中和成年的耳蜗表达，而且全身性Zbtb20基因敲除小鼠耳聋并伴有多系统功能障碍。近年来发现人的ZBTB20基因突变会导致一种综合征型听力损失，然而目前对该基因突变后的致聋机制并不清楚。为了明确该基因突变致聋的关键机制，我们分别建立了神经系统特异性和听泡选择性Zbtb20基因敲除小鼠模型，发现前者听力正常而后者耳聋，表明耳蜗表达的Zbtb20是听觉所必需的。在此基础上,本课题拟利用听泡选择性Zbtb20基因敲除小鼠模型，深入分析其听觉电生理特征、耳蜗形态和结构以及细胞分化和分子表型,同时筛选和验证Zbtb20的下游靶基因, 以明确该分子对耳蜗发育和功能的调控作用及其缺失后的致聋机制。

为了揭示转录因子Zbtb20在内耳发育和听觉感受过程中的作用以及其突变的致聋机制，本项目系统分析了Zbtb20在小鼠内耳发育过程中的表达特征；研究了Zbtb20基因听泡特异性（OV-ZB20KO）和神经系统特异性（Nestin-ZB20KO）敲除小鼠模型的听力学和电生理学表型；并对Zbtb20缺失后的内耳组织学和分子表型进行了系统分析；并筛选了其下游靶基因。研究主要取得以下进展：（1）Zbtb20 mRNA和蛋白于胚胎13.5天开始表达于膜蜗管，其中小上皮嵴最较强，而大上皮嵴的信号明显弱；出生后及成年主要在毛细胞以外的支持细胞中表达。此外，还在发育中的毛细胞和螺旋神经节的神经元中表达。（2）听力学及电生理学分析表明OV-ZB20KO小鼠在P16及以后表现为耳聋及内淋巴电位显著降低，而Nestin-ZB20KO小鼠听力正常，说明Zbtb20在Corti氏器以外的支持细胞中的表达是对听力必须的。（3）组织学分析表明Zbtb20缺失导致耳蜗出生后的发育延迟并且停滞于不成熟状态，导致盖膜和Corti氏器形态异常，外沟根细胞发育障碍。（4）RNA-seq分析发现Zbtb20基因敲除导致与大上皮嵴和根细胞分化相关的基因改变，突触前小泡相关的基因显著下调表达。本研究结果表明Zbtb20是调控耳蜗支持细胞发育成熟和听觉感受所必须的转录因子，是外沟根细胞发育的关键转录因子，并且提示根细胞在EP维持中的重要作用。