Tuning in i innerörat

biträdande Professor Basile Tarchini, Ph.D., arbetar för att förstå de grundläggande mekanismerna bakom hårcellsutveckling, med målet att återställa hörseln efter skada.

hörde du det ljudet? Om så är fallet kan du tacka din stereocilia.

dessa små fibrer bildar buntar som sitter ovanpå sensoriska hårceller djupt inuti ditt inre öra och ger dem sitt namn. Stereocilia är lika bräckliga och knappa som de är avgörande för din förmåga att höra.

Basile Tarchini, Ph. D.Undersöker inre öronutveckling, med fokus på rollen av cytoskeletonpolarisering i sensorisk funktion och hörselnedsättning, med ett mål att informera terapier för sensorisk cellregenerering.Basile Tarchini studerar stereocilia, som omvandlar ljud till hörsel genom komplexa signaleringsoperationer med hjärnan. Jackson Laboratory (Jax) biträdande professors arbete har avslöjat oväntade aspekter av hur stereocilia utvecklas.

Normal stereocilia i innerörat växer i en” trappa ” -formation, med en kort till lång gradering av hår i bunten, ordnad som barn i ett klassfoto. “Denna trappliknande arkitektur i hårbunten är avgörande för hörsel och anses vara instrumental för riktningskänslighet för ljudstimuli”, säger Tarchini.

här, i breda slag, är hur du hör. Ljudvågor kommer in i det yttre örat och virvlar ner i hörselgången tills de når trumhinnan och sätter den vibrerande. Små mellanörsben som är anslutna till trumhinnan förstärker ljudvågorna och levererar dem till hörseldelen av innerörat eller cochlea.

formad som ett snigelskal och fyllt med vätska, är cochlea uppdelad i en övre och nedre del av en elastisk partition som kallas basilärmembranet. I denna flytande miljö blir ljudvågorna flytande vågor som färdas längs det basilära membranet. Inre öronhårceller på basilärmembranet Rider bokstavligen på dessa vågor.

stereocilia på toppen av hårcellerna svänger och böjer sig i flödet. “Det finns små länkar mellan stereocilia, “säger Tarchini,” kopplar den högsta till nästa högsta och så vidare. Spänning på dessa länkar orsakar porliknande kanaler vid spetsarna på stereocilia att öppna upp, och joner rusar in i cellerna och skapar en elektrisk signal.

” hela denna struktur fungerar som en rörelsessensor.”

hörselnerven bär den elektriska signalen till hjärnan, som känner igen och tolkar ljudet. Förvånansvärt är hårcellerna ordnade längs det basilära membranet som tangenterna på ett piano, högt till lågt: De nära ingången till snäckan är ansvariga för att upptäcka högfrekventa ljud som fågelsång och de nära centrum av “snigel” känsla lägre pitched låter som Fjärran åska.

i en frisk mänsklig cochlea hanterar bara cirka 16 000 hårceller denna utarbetade koreografi av ljudsignalering, och endast 4 000 av dem är sanna ljudreceptorer. Som jämförelse har näthinnan i det mänskliga ögat cirka 127 miljoner fotoreceptorer — stavar och kottar — för att bearbeta visuella signaler.

inte bara är hårceller sällsynta, men de är också sårbara för miljöskador. Ihållande högt ljud från att arbeta i konstruktion eller militären, eller delta i en 1980-tals hårband hyllningskonsert, kan döda hårceller, och vissa antibiotika och cancerläkemedel orsakar också hårcellförstöring.

människor utvecklar sina hårceller mycket tidigt i livet-börjar ungefär 10 veckor efter befruktningen. Och människor, som möss och andra däggdjur, är födda med alla hårceller de någonsin kommer att få, så när de är förlorade är de borta för gott. Å andra sidan har fåglar, fiskar och andra icke-däggdjur kapacitet att återställa förlorad hörsel genom olika regenerativa processer.

arbeta med möss, förstå den fina arkitekturen av hearingWork av ett team inklusive Jax biträdande Professor Basile Tarchini, Ph.D., belyser mekanismen som styr montering av trappmönstret i hårbunten. Tarchini upptäckte en signalväg som reglerar den distinkta kort-till-höga organisationen av stereocilia under utveckling. Om denna signalväg störs, visade han, stereocilia är kortare och jämnare höjd, och djuret är döv. Att förstå de grundläggande mekanismerna bakom hårcellsutveckling håller löftet att låsa upp regenereringspotential hos vuxna och återställa hörseln efter skada.

trapporganisationen för stereocilia-bunten innebär också att varje hårcell visar riktning, som den magnetiserade nålen på en kompass. Dessutom orienterar närliggande hårceller sina buntar i samförstånd, på samma sätt skulle en samling kompasser alla peka på den nordliga magnetpolen. I samarbete med kollegor vid Rockefeller University visade Tarchini att Protein Daple koordinerar inre öroncellscell och organomfattande riktningjax, Rockefeller forskargrupp visar möss som saknar Daple visar utvecklingsfel i hårceller och buntar.ett enda protein, Daple, krävs för att forma arkitekturen i stereocilia-bunten i enskilda hårceller och fastställa deras samordnade orientering i det omgivande organet. Hos möss som saknar Daple är hårbuntar missformade och felorienterade i ett mönster som indikerar både singelcell och organövergripande defekter.

Tarchini föddes i Schweiz, och franska är hans första språk. Han fick sin B.Sc. och Ph. D. i biologi vid Universitetssubbleri de Genubblerive. Där arbetade han som doktorand i laboratoriet av Denis Duboule, en framstående professor vid Institutionen för genetik och evolution. Tarchini erhöll sedan ett stipendium från Human Frontier Science Program, ett prestigefyllt internationellt program för forskningsstöd, och avslutade sitt postdoktorala stipendium vid Institut de Recherches Cliniques de montru i Kanada. Där arbetade han med Prof. Michel Cayouette vars laboratorium studier cell öde bestämning i näthinnan.

nytt intresse för innerörat, tillsammans med en livslång tendens att ta den mindre reste vägen, ledde Tarchini att ändra sin forskningsväg.

“jag var orolig för att mitt retina-projekt inte rörde sig tillräckligt snabbt och inte var tillräckligt lovande” minns han. “Jag hade den här tanken att titta i ett annat organ, och jag hade hört att innerörat var ett fantastiskt system när det gällde cellpolaritet. Men jag visste ingenting om innerörat.”

detta började, säger Tarchini, som en” mycket riskabel och ineffektiv razzia i innerörat ” och involverade att lära sig tekniker eftersom ingen annan i labbet hade kunskapen att träna honom. “Så jag förlorade mycket tid, men det visade sig vara en investering i min framtida forskning. Jag hade mycket tur; Michel är en särskilt öppen och hands-off person, och han gav mig frihet och tid att utforska ett annat system.”

övergången till att studera innerörat gjorde det möjligt för Tarchini att framgångsrikt navigera i den knepiga situationen för någon postdoktor som startade sitt eget laboratorium efter att ha arbetat i en etablerad forskares laboratorium. “I slutändan visade sig detta inre öronarbete vara väldigt intressant, och jag kunde lämna Cayouette lab och sömlöst fortsätta samma forskning oberoende, utan att behöva oroa mig på något sätt om jag steg på tårna på min tidigare rådgivare. Och det var fantastiskt.”

Tarchinis tidigare mentorer fortsätter att titta på Tarchinis framsteg med intresse och stolthet. “Basile är en fantastisk forskare”, säger Cayouette, ” och jag skulle säga att hans största tillgångar är att han är grundlig, noggrann och rigorös i både experimentell planering och utförande. Basile är också uppenbarligen mycket intelligent och dedikerad. Han lärde sig allt och slutade publicera vackra papper på cochlea, i ett retina lab! Det var mycket imponerande. Jag tvivlar inte på att Basile kommer att fortsätta att ge viktiga bidrag och kommer att bli ledande inom sitt område.”

” på sidan 60 i sin doktorsavhandling, “Duboule relates”, citerade Basile ett citat från H. L. Mencken: För varje komplext problem finns det ett svar som är klart, enkelt och fel.- Det säger mycket om honom och hans mycket höga vetenskapliga standard — och om hans lilla touch av nihilism också.”

Tarchini gick med i Jax-fakulteten 2015. Ett år senare säkrade han sin första federala forskningsfinansiering, ett femårigt bidrag på 1,9 miljoner dollar från National Institute on Deafness and Other Communication Disorders.

personligen är allt om Tarchini exakt och uppmätt, från hans ordnade kontor med utsikt över Bar Harbors spektakulära fransman Bay till hans dapper utseende (i motsats till de flesta forskare hans ålder, som gynnar den sportiga-scruffy-fleråriga gradstudentens utseende). Han kan ha på sig en utsökt tröja stickad av sin fru Dayana Krawchuk, JAXS sprudlande forskare-social media manager. När de är tillsammans hon berättar anekdoter och han ger kärnfulla punch linjer.

Tarchini är också en skicklig jazzmusiker som en gång övervägde att ta vägen för den professionella artisten istället för forskaren. Han spelade nyligen på bas vid en konsert på Bar Harbor town library med Jax VD och koncernchef Edison Liu på piano.

en musiker-forskare som studerar hörsel? Faktiskt, Tarchini säger med ett skratt, ” ju äldre jag blir, ju mer Jag gillar tyst. Jag kan inte stå bakgrundsmusik, till exempel!”

och i själva verket rör sig hans forskningsintressen, medan de bor i innerörat, för att inkludera det vestibulära systemet, som ligger precis intill cochlea.

“innerörat är i grunden två system i ett, auditivt och vestibulärt”, säger han. “Det är något vi tar för givet, förmågan att uppfatta var vår kropp är i rymden, att gå upprätt, att känna tyngdkraften. Men det är oerhört viktigt att det fungerar korrekt: annars kunde du inte komma ur sängen på morgonen.”

Tarchini har redan visat att han djärvt och framgångsrikt kan flytta sitt forskningsfokus. Håll ögonen öppna för intressanta upptäckter.