美國國立衛生研究院的研究人員已經確定了一個特殊的蛋白質網絡，該網絡對於細胞再生以恢復斑馬魚的聽力是必要的。美國國家人類基因組研究所（NHGRI）的研究人員領導了這項研究，這可能有助於創建人類聽力損失的治療方法。該研究結果最近發表在《細胞基因組學》雜誌上。

許多動物，如斑馬魚，在受傷後可以通過毛細胞的再生來恢復聽力，然而，人類的毛細胞損失是無法恢復的。斑馬魚毛細胞的再生特性激發了研究人員利用這一物種來更好地了解再生的某些基本特性。

大約3750萬美國人患有聽力損失，其中大多數情況是由內耳中被稱為“毛細胞”的聽覺感受器的損失造成的。當聲音進入我們的耳朵時，從這些微小的毛細胞中伸出的剛毛會移動和彎曲，導致電信號通過神經傳入我們的大腦，使我們能夠處理聲音。

儘管人類和斑馬魚有相當不同的外觀，但在基因組水平上有超過70%的相同基因。這種基因組的相似性使研究人員能夠在將他們的結果轉化為人類之前更好地了解斑馬魚的細胞再生生物學。

NHGRI轉化和功能基因組學分部的高級調查員Shawn Burgess博士實驗室的博士後Erin Jimenez博士與國家醫學圖書館國家生物技術信息中心的研究人員Ivan Ovcharenko博士和Wei Song博士合作領導了這項研究。

“人類和其他哺乳動物出生時就有一定數量的毛細胞，這些毛細胞會因衰老和創傷而慢慢喪失。然而一些動物，如斑馬魚，可以在受傷後再生毛細胞並恢復聽力，” Burgess說。“這些動物的再生如何以及為什麼會發生，仍然是一個謎，許多科學家都想解開這個謎團。”

利用基因組技術和基於計算的機器學習的組合，Jimenez和她的合作者發現斑馬魚的毛細胞再生依賴於一個可以開啟和關閉基因的蛋白質網絡，即轉錄因子。為了正確識別哪些轉錄因子在起作用，研究人員首先必須查看斑馬魚基因組中的增強子序列。

如果轉錄因子被認為像開啟和關閉汽車的鑰匙，增強子序列就是汽車的點火開關。這兩個部分需要相互作用才能使汽車運行，就像轉錄因子需要與特定的增強子序列結合才能表達一個基因。

研究人員使用稱為單細胞RNA測序的新基因組技術和使用測序的轉座酶可接觸染色質的單細胞檢測來確定在毛細胞再生中發揮作用的增強子序列及其相應的轉錄因子。

“我們的研究確定了兩個轉錄因子家族，它們共同作用於激活斑馬魚的毛細胞再生，稱為Sox和Six轉錄因子，”Jimenez說。

首先，Sox轉錄因子在周圍的細胞中啟動了再生反應，這些細胞被稱為支持細胞。接下來，Sox和Six轉錄因子合作，將這些支持細胞變成毛細胞。

當斑馬魚的毛細胞死亡時，附近的支持細胞開始復制。這些支持細胞就像幹細胞，因為它們有能力成為其他類型的細胞。研究人員已經確定了一些將支持細胞轉化為毛細胞的因素，但不了解的是編碼這些因素的基因如何以及在哪裡開啟，並與其他未知因素協調。

“我們已經確定了觸發斑馬魚再生的轉錄因子的獨特組合。”Jimenez說：“再往下看，這組斑馬魚的轉錄因子可能會成為一個生物目標，可能會導致開發新的療法來治療人類的聽力損失。”