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蝸牛毛細胞の完全性は、Dia1の先端接合複合体およびステレオシリアにおける局在化を通して確立され、維持される
The integrity of cochlear hair cells is established and maintained through the localization of Dia1 at apical junctional complexes and stereocilia.
PMID: 32678080 DOI: 10.1038/s41419-020-02743-z.
抄録
ジアファン関連フォルミンファミリーに属するDIA1は、直進アクチン伸長活性を介して様々な細胞過程に影響を与えている。近年、新規なDIA1変異体であるp.R1213X（p.R1204X）やp.A265Sが常染色体優性感音性難聴（DFNA1）を引き起こすことが報告されています。さらに、活性型DIA1変異体は機能獲得型の進行性難聴を誘発することが報告されている。しかし、DIA1(R1213X/R1204X)の細胞内局在や病理学的機能については不明な点が多い。本研究では、FLAGタグ付きDIA1(R1204X)を発現させたトランスジェニックマウス(DIA1-TG)を用いて、内在性DIA1と構成的に活性なDIA1変異体の蝸牛への局在を明らかにした。内在性DIA1およびDIA1変異体は、初期の段階からコルティ器官とらせん状神経節に局在的に発現しており、蝸牛の成熟とともに、毛髪細胞（HC）と支持細胞（SC）の間の先端接合体（AJC）に局在するようになった。DIA1-TGマウスにおけるHCの脆弱性を調べるために、4週齢のマウスを中等度の騒音に曝露したところ、騒音曝露から4週間後に、蝸牛シナプス症を伴う一時的な閾値の変化と立体細胞の超構造変化が誘導された。さらに、AcGFPタグ付きDIA1(R1213X)を発現するノックイン(KI)マウス株(DIA1-KI)を樹立し、AJCとHCの立体小胞先端に変異体が局在することを確認した。AcGFP-DIA1(R1213X)を安定発現させたMDCK細胞では、AcGFP-DIA1(R1213X)は細胞の先端表面の微小絨毛で顕著な局在を示し、細胞-細胞接合部での局在は減少した。また、DIA1-TGマウスでは、生後5ヶ月の時点で、AJCの周方向のアクチンベルトがぼんやりとしていたり、フリル状になっていたり、立体毛髪の異常が認められ、HCの喪失を伴うことが明らかになった。結論として、Dia1はAJCと立体小胞の発達と維持に極めて重要な役割を果たしており、蝸牛とHCの完全性を確保している。HCの不顕性/潜在的脆弱性がDFNA1患者の進行性難聴の原因となる可能性があることから、DFNA1に関連するHCの変性および進行性難聴を予防するための新たな治療標的が示唆される。
Dia1, which belongs to the diaphanous-related formin family, influences a variety of cellular processes through straight actin elongation activity. Recently, novel DIA1 mutants such as p.R1213X (p.R1204X) and p.A265S, have been reported to cause an autosomal dominant sensorineural hearing loss (DFNA1). Additionally, active DIA1 mutants induce progressive hearing loss in a gain-of-function manner. However, the subcellular localization and pathological function of DIA1(R1213X/R1204X) remains unknown. In the present study, we demonstrated the localization of endogenous Dia1 and the constitutively active DIA1 mutant in the cochlea, using transgenic mice expressing FLAG-tagged DIA1(R1204X) (DIA1-TG). Endogenous Dia1 and the DIA1 mutant were regionally expressed at the organ of Corti and the spiral ganglion from early life; alongside cochlear maturation, they became localized at the apical junctional complexes (AJCs) between hair cells (HCs) and supporting cells (SCs). To investigate HC vulnerability in the DIA1-TG mice, we exposed 4-week-old mice to moderate noise, which induced temporary threshold shifts with cochlear synaptopathy and ultrastructural changes in stereocilia 4 weeks post noise exposure. Furthermore, we established a knock-in (KI) mouse line expressing AcGFP-tagged DIA1(R1213X) (DIA1-KI) and confirmed mutant localization at AJCs and the tips of stereocilia in HCs. In MDCK cells with stable expression of AcGFP-DIA1(R1213X), AcGFP-DIA1(R1213X) revealed marked localization at microvilli on the apical surface of cells and decreased localization at cell-cell junctions. The DIA1-TG mice demonstrated hazy and ruffled circumferential actin belts at AJCs and abnormal stereocilia accompanied with HC loss at 5 months of age. In conclusion, Dia1 plays a pivotal role in the development and maintenance of AJCs and stereocilia, ensuring cochlear and HC integrity. Subclinical/latent vulnerability of HCs may be the cause of progressive hearing loss in DFNA1 patients, thus suggesting new therapeutic targets for preventing HC degeneration and progressive hearing loss associated with DFNA1.