组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）对内耳毛细胞存活的调控作用及其机制研究

Cochlear hair cells are sensory receptor cells. Mammalian differentiated hair cells are post-mitotic and are not regenerated once they are lost, resulting in permanent, irreversible hearing loss. Exploring the mechanisms of hair cell loss, designing strategies to protect hair cell and regenerate new hair cell are probably promising interventions. HDAC3 is a highly conserved histone deacetylase in evolution. In the auditory system, our previous studies showed that selective inhibitors of HDAC3 could damage the HEI-OC1 cells, and conditional knockout of HDAC3 gene in hair cells resulted in a significant loss of outer hair cells in the cochlea. The number of missing outer hair cells increased gradually with age, suggesting that HDAC3 plays an important role in regulating the survival of hair cells. Here, using HEI-OC1 hair cell line, cochleae explants culture model and transgenic mice, we try to regulate the expression level of HDAC3, establishing three ototoxic drug damage models respectively, to comprehensively and thoroughly examine the role of HDAC3 in inner ear hair cell survival. To explore the mechanism of HDAC3 in regulating hair cell survival, RNA-seq and UNI-NChIP-seq are good approach to indicate the interaction between cell apoptosis and survival related signaling pathways and histone deacetylase. This project might contribute a better understanding of hair cell survival and facilitate further protection and treatment of sensorineural hearing loss.

内耳毛细胞是听觉感受细胞，哺乳动物毛细胞损伤往往造成永久性的听力损失，研究毛细胞损伤前保护和损伤后再生是攻克人类耳聋难题的重要方向。HDAC3是一个在进化过程中高度保守的组蛋白去乙酰化酶。在听觉系统，我们的前期结果表明，HDAC3选择性抑制剂对HEI-OC1毛细胞株有损伤作用。在毛细胞中条件性敲除HDAC3基因，耳蜗外毛细胞出现明显缺失，并且随着年龄推移，缺失的外毛细胞数量逐渐增多，提示HDAC3在调控毛细胞存活的过程中发挥重要作用。在此基础上，本项目拟在HEI-OC1毛细胞株、小鼠基底膜体外培养、转基因小鼠三个体系中调节HDAC3的表达，分别建立三个体系的耳毒性药物损伤模型，全面深入的研究HDAC3对内耳毛细胞的调控作用，并结合RNA-seq和UNI-NChIP-seq技术，从细胞凋亡、存活相关信号通路的角度，探索HDAC3基因调控内耳毛细胞存活的机制，为耳聋的防治提供新的理论依据。

耳聋是人类最常见的感觉神经性疾病和遗传性疾病之一，发病率约为0.1-0.3%。在我国，由于耳聋导致的严重听力言语疾病患者达2000多万，严重影响我国人口健康及生活质量，给社会和经济发展造成沉重的负担。其中，毛细胞损伤是导致耳聋的主要原因之一。毛细胞是听觉感受细胞，能够感受声波机械振动并转换为相应的神经电信号，并通过与听神经形成的突触连接将电信号传递到大脑听觉中枢，最终产生听觉感知，是听觉感知的枢纽所在。鸟类等非哺乳类脊椎动物的毛细胞在受到损伤后可自发性再生，从而恢复听觉功能，而哺乳动物的毛细胞则很难自发性再生。因此，当哺乳动物内耳毛细胞受到噪声、耳毒性药物、感染、衰老等因素影响时，常引起不可逆性的听力下降。研究毛细胞损伤的病理学机制，制定预防毛细胞损伤和促进毛细胞损伤后再生的策略是听觉医学研究的重要科学问题。HDAC3是一个在进化过程中高度保守的组蛋白去乙酰化酶，在肿瘤发生发展、组织细胞发育和增殖、细胞损伤和凋亡及代谢等过程中发挥重要作用。在听觉研究方面，HDACs是一类与听觉相关的关键酶，与听力损伤的发生发展密切相关，是研究听觉损伤病理机制的重要内容，然而单个HDAC基因在听觉系统中的作用研究甚少。.本项目自2020年1月立项以来，在项目申请书的指导下，首先研究了HDAC3在小鼠耳蜗毛细胞中的时空表达模式，结果显示HDAC3在新生小鼠耳蜗毛细胞和支持细胞中均有表达，毛细胞的表达水平明显高于支持细胞。通过HEI-OC1毛细胞株、小鼠基底膜体外培养、转基因小鼠以及毛细胞损伤模型，多维度对毛细胞中HDAC3的表达进行调控，发现HDAC3缺陷显著影响毛细胞的存活，HDAC3条件性敲除小鼠表现为随年龄推移的听阈上移，HDAC3缺陷的细胞出现凋亡、氧化应激信号通路的激活。进一步，通过cas9技术构建HDAC3敲除的细胞系，进行转录组测序及生物信息学分析，结果显示HDAC3敲除显著影响衰老相关基因的表达。采用HEI-OC1毛细胞株建立衰老模型，通过小分子化合物调控HDAC3的表达，结果显示HDAC3表达缺陷加速毛细胞衰老进程。本项目研究结果说明HDAC3对于维持毛细胞的正常功能和存活至关重要，HDAC3缺陷导致的毛细胞缺失与细胞凋亡、氧化应激信号通路及细胞衰老进程相关，对于揭示感音神经性聋的机制具有重要意义。