Tuning in to the inner ear

Assistant Professor Basile Tarchini, Ph. D., sta lavorando per comprendere i meccanismi di base alla base dello sviluppo delle cellule ciliate, con l’obiettivo di ripristinare l’udito a seguito di lesioni.

Hai sentito quel suono? Se è così, puoi ringraziare la tua stereocilia.

Queste minuscole fibre formano fasci seduti in cima alle cellule ciliate sensoriali in profondità all’interno dell’orecchio interno e danno loro il loro nome. Stereocilia sono fragili e scarse come sono vitali per la vostra capacità di sentire.

Basile Tarchini, Ph. D.Indagare lo sviluppo dell’orecchio interno, concentrandosi sul ruolo della polarizzazione del citoscheletro nella funzione sensoriale e nella perdita dell’udito, con l’obiettivo di informare le terapie per la rigenerazione delle cellule sensoriali.Basile Tarchini studia la stereocilia, che converte il suono in udito attraverso complesse operazioni di segnalazione con il cervello. Il lavoro del professore assistente del Jackson Laboratory (JAX) ha rivelato aspetti inaspettati di come si sviluppa la stereocilia.

La normale stereocilia dell’orecchio interno cresce in una formazione “a scala”, con una graduazione da breve a alta di peli nel fascio, disposti come bambini in una foto di classe. “Questa architettura simile a una scala del fascio di capelli è essenziale per l’udito e considerata strumentale per la sensibilità alla direzione agli stimoli sonori”, afferma Tarchini.

Qui, a grandi linee, è come si sente. Le onde sonore entrano nell’orecchio esterno e ruotano lungo il condotto uditivo fino a raggiungere il timpano e impostarlo vibrante. Le minuscole ossa dell’orecchio medio collegate al timpano amplificano le onde sonore e le consegnano alla porzione uditiva dell’orecchio interno, o coclea.

A forma di guscio di lumaca e riempito di liquido, la coclea è divisa in una parte superiore e inferiore da una partizione elastica chiamata membrana basilare. In questo ambiente liquido, le onde sonore diventano onde fluide che viaggiano lungo la membrana basilare. Le cellule ciliate dell’orecchio interno sulla membrana basilare cavalcano letteralmente queste onde.

La stereocilia nella parte superiore delle cellule ciliate ondeggia e si piega nel flusso. “Ci sono piccoli collegamenti tra stereocilia”, dice Tarchini, ” che collegano il più alto al più alto e così via. La tensione su quei collegamenti causa l’apertura di canali simili a pori sulle punte della stereocilia e gli ioni si precipitano nelle cellule, creando un segnale elettrico.

“L’intera struttura funge da sensore di movimento.”

Il nervo uditivo trasporta il segnale elettrico al cervello, che riconosce e interpreta il suono. Sorprendentemente, le cellule ciliate sono disposte lungo la membrana basilare come i tasti di un pianoforte, da alto a basso: Quelli vicino all’ingresso della coclea sono responsabili del rilevamento di suoni acuti come il canto degli uccelli e quelli vicini al centro del senso della “lumaca” suoni più bassi come un tuono lontano.

In una coclea umana sana, circa 16.000 cellule ciliate gestiscono questa elaborata coreografia di segnalazione sonora, e solo 4.000 di esse sono veri recettori del suono. In confronto, la retina dell’occhio umano ha circa 127 milioni di fotorecettori-bastoncelli e coni — per elaborare i segnali visivi.

Non solo le cellule ciliate sono rare, ma sono anche vulnerabili ai danni ambientali. Sostenuto forte rumore da lavorare in costruzione o militari, o partecipare a un concerto tributo 1980s hair band, può uccidere le cellule ciliate, e alcuni antibiotici e farmaci contro il cancro anche causare la distruzione delle cellule dei capelli.

Gli esseri umani sviluppano le loro cellule ciliate molto presto nella vita — a partire da circa 10 settimane dopo il concepimento. E gli umani, come i topi e altri mammiferi, nascono con tutte le cellule ciliate che avranno mai, quindi una volta persi se ne vanno per sempre. D’altra parte, uccelli, pesci e altri non mammiferi hanno la capacità di recuperare l’udito perduto attraverso vari processi rigenerativi.

Lavorare con i topi, comprendere la raffinata architettura dell’ascolto da parte di un team che include il professor Basile Tarchini, Ph. D., sta facendo luce sul meccanismo che dirige l’assemblaggio del modello di scala del fascio di capelli. Tarchini ha scoperto una via di segnalazione che regola l’organizzazione distintiva da breve a alta della stereocilia durante lo sviluppo. Se questo percorso di segnalazione viene interrotto, ha mostrato, le stereocilia sono più corte e di altezza più uniforme e l’animale è sordo. Comprendere i meccanismi di base alla base dello sviluppo delle cellule ciliate mantiene la promessa di sbloccare il potenziale di rigenerazione negli adulti e ripristinare l’udito in seguito a lesioni.

L’organizzazione della scala del fascio stereocilia significa anche che ogni cellula capillare mostra direzionalità, come l’ago magnetizzato di una bussola. Inoltre, le cellule ciliate vicine orientano i loro fasci in concerto, nello stesso modo in cui una raccolta di bussole punterebbe tutte al polo magnetico nord. Lavorando con i colleghi della Rockefeller University, Tarchini ha dimostrato che la proteina Daple coordina la direzionalità unicellulare dell’orecchio interno e a livello di organojax, il team di ricerca di Rockefeller mostra che i topi privi di Daple mostrano difetti di sviluppo nelle cellule ciliate e nei fasci.una singola proteina, Daple, è necessaria per modellare l’architettura del fascio di stereocilia nelle singole cellule ciliate e stabilire il loro orientamento concertato nell’organo circostante. Nei topi privi di Daple, i fasci di capelli sono deformi e misorientati in un modello che indica difetti sia a cellule singole che a livello di organo.

Tarchini è nato in Svizzera, e il francese è la sua prima lingua. Ha ottenuto il suo B.Sc. e Dottorato di ricerca in biologia presso l’Université de Genève. Lì, come studente laureato, ha lavorato nel laboratorio di Denis Duboule, un eminente professore nel dipartimento di genetica ed evoluzione. Tarchini ha poi ottenuto una borsa di studio dal Human Frontier Science Program, un prestigioso programma internazionale di supporto alla ricerca, e ha completato la sua borsa di studio post-dottorato presso l’Institut de Recherches Cliniques de Montréal in Canada. Lì ha lavorato con il Prof. Michel Cayouette il cui laboratorio studia la determinazione del destino delle cellule nella retina.

Il nuovo interesse per l’orecchio interno, insieme ad una tendenza permanente a prendere la strada meno percorsa, ha portato Tarchini a cambiare il suo percorso di ricerca.

“Ero preoccupato che il mio progetto retina non si muovesse abbastanza velocemente e non fosse sufficientemente promettente” ricorda. “Ho avuto questa idea di guardare in un organo diverso, e avevo sentito che l’orecchio interno era un sistema straordinario quando si trattava di polarità cellulare. Ma non sapevo nulla dell’orecchio interno.”

Questo è iniziato, dice Tarchini, come una “incursione molto rischiosa e inefficace nell’orecchio interno”, e ha comportato l’insegnamento di se stesso tecniche perché nessun altro in laboratorio aveva le conoscenze per addestrarlo. “Così ho perso un sacco di tempo, ma si è rivelato essere un investimento nella mia ricerca futura. Sono stato molto fortunato; Michel è una persona particolarmente aperta e senza mani, e mi ha dato la libertà e il tempo per esplorare un sistema diverso.”

Il passaggio allo studio dell’orecchio interno ha permesso a Tarchini di navigare con successo nella difficile situazione di qualsiasi postdoc che iniziasse il proprio laboratorio dopo aver lavorato nel laboratorio di uno scienziato affermato. “Alla fine, questo lavoro dell’orecchio interno si è rivelato davvero interessante, e sono stato in grado di lasciare il laboratorio di Cayouette e continuare senza problemi la stessa ricerca in modo indipendente, senza dovermi preoccupare in alcun modo se stavo calpestando le dita dei piedi del mio precedente consulente. Ed è stato fantastico.”

Gli ex mentori di Tarchini continuano a guardare i progressi di Tarchini con interesse e orgoglio. “Basile è uno scienziato fantastico”, dice Cayouette, ” e direi che il suo più grande vantaggio è che è accurato, meticoloso e rigoroso sia nella pianificazione sperimentale che nell’esecuzione. Basile è anche ovviamente molto intelligente e dedicato. Si è insegnato tutto e ha finito per pubblicare bellissimi documenti sulla coclea, in un laboratorio di retina! E ‘ stato davvero impressionante. Non ho dubbi che Basile continuerà a dare contributi importanti e diventerà un leader nel suo campo.”

” A pagina 60 della sua tesi di dottorato, “Duboule relates”, Basile citò una citazione di H. L. Mencken: “Per ogni problema complesso c’è una risposta chiara, semplice e sbagliata.”Questo la dice lunga su di lui e sui suoi altissimi standard scientifici — e anche sul suo leggero tocco di nichilismo.”

Tarchini è entrato a far parte della facoltà JAX nel 2015. Un anno dopo si è assicurato il suo primo finanziamento federale per la ricerca, una sovvenzione quinquennale di five 1.9 milioni dall’Istituto nazionale per la sordità e altri disturbi della comunicazione.

Di persona, tutto ciò che riguarda Tarchini è preciso e misurato, dal suo ufficio ordinato che si affaccia sulla spettacolare Frenchman Bay di Bar Harbor al suo aspetto elegante (in contrasto con la maggior parte degli scienziati della sua età, che preferiscono il look sportivo-trasandato-perenne studente grad). Potrebbe indossare un maglione squisito lavorato a maglia da sua moglie Dayana Krawchuk, esuberante scienziato-social media manager di JAX. Quando sono insieme racconta gli aneddoti e lui fornisce le battute concise.

Tarchini è anche un musicista jazz affermato che un tempo considerava la strada dell’esecutore professionista invece che dello scienziato. Recentemente si è esibito al basso in un concerto al Bar Harbor town library con JAX Presidente e CEO Edison Liu al pianoforte.

Un musicista-scienziato che studia l’udito? In realtà, Tarchini dice con una risata ,” più invecchio, più mi piace la tranquillità. Non sopporto la musica di sottofondo, per esempio!”

E infatti, i suoi interessi di ricerca, pur rimanendo nell’orecchio interno, si stanno muovendo per includere il sistema vestibolare, che si trova proprio accanto alla coclea.

“L’orecchio interno è fondamentalmente due sistemi in uno, uditivo e vestibolare”, dice. “È qualcosa che diamo per scontato, la capacità di percepire dove si trova il nostro corpo nello spazio, di camminare in posizione verticale, di percepire la gravità. Ma è incredibilmente importante che funzioni correttamente: altrimenti, non potresti alzarti dal letto al mattino.”

Tarchini ha già dimostrato di poter spostare con coraggio e successo il suo obiettivo di ricerca. Restate sintonizzati per interessanti scoperte.