Der Einfluss von Hypoxie/Ischämie auf die Cochlea wurde an der organotypischen Kultur der Wistarratte (3.-5. postnataler Tag) untersucht. Die innere Haarzelle ist gegenüber beiden Noxen vulnerabler als die äußere Haarzelle (ÄHZ), wobei Plasmamembran-Kalzium-ATPase und Elektrolyte bedeutende Rollen spielen. Bei Ischämie zeigte eine erhöhte Kalium (K+)-Konzentration einen protektiven Effekt. Magnesium und MK 801 (NMDA-Antagonist) waren ebenfalls protektiv. Wachstumsfaktoren wie rhEPO, rhIGF-1 und rhEGF verringerten den apoptotischen und nekrotischen Haarzelltod. Die Beeinflussung bestimmter Signalwege könnte zur Haarzellprotektion führen. Die Genexpression und ihre Veränderung unter Kultivierung und Hypoxie wurden an 3 Regionen der Cochlea untersucht: Organ Corti (OC), Modiolus (MOD) und Stria vascularis (SV). Am 3.-5. postnatalen Tag sind bereits typische Eigenschaften ausgeprägt. Im OC fanden sich Gene für die Kalzium- und K+-Homeostase, im MOD Gene für Entwicklung, Reifung und Regulation neuronaler Strukturen und in der SV Gene für Ionenhomeostase, Durchblutung und Schutz vor Radikalen. In der Kultur wurden im OC Glukosestoffwechsel-Gene, Cytokine, Hmox und Mapk9 hochreguliert. Runterreguliert wurden Gene der Neurotransmission und Signaltransduktion. Die stärksten Veränderungen traten im MOD auf. Die veränderte Genexpression kann Ausdruck der Traumatisierung durch Präparation und Kultivierung oder normaler Entwicklungsprozesse sein, die in Kultur verändert ablaufen. Die Hypoxie von 5 h induzierte nur geringe Änderungen. Wachstumsfaktoren, Ionenkanäle und Gene der Neurotransmission wurden im MOD hochreguliert. Hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) ist ein Transkriptionsfaktor zur Anpassung von Zellen/Geweben an Hypoxie/Ischämie. In der Cochlea führten beide Noxen zur Aktivierung von HIF-1, wobei im MOD und OC die Aktivität am größten war. Der HIF-1 alpha mRNA- Gehalt änderte sich unter Normoxie und Hypoxie nicht und war im MOD niedriger als im OC und in der SV. Die Expressionen der HIF-1 alpha mRNA und des Proteins verlaufen in der Cochlea nicht parallel. Die HIF-1-Regulation ist daher in der Posttranslationsebene zu vermuten. Therapeutische Ansätze sind eher über die Regulation der Targetgene zu erwarten. Die HIF-1-abhängigen Gene Slc2a1 und Igfbp2 waren in der SV bei Normoxie hoch exprimiert. In Kultur wurden in der Cochlea Gene für Glukoseumsatz (Gapdh), Glukosetransport (Slc2a1), Aktivität des Wachstumshormons IGF, Eisentransport (Tf, Tfrc), Durchblutung bzw. Elimination von Sauerstoffradikalen hochreguliert. Hypoxie bewirkte geringe Veränderungen HIF-1-abhängiger Gene. Im MOD war Igf2 erhöht. Das Motorprotein Prestin ist für die Funktion der ÄHZ von Bedeutung. Der Prestin mRNA-Gehalt stieg im OC der neugeborenen Ratte während der Entwicklung in vitro und in vivo um den Faktor zwei an, verbunden mit der Bildung eines Gradienten von apikal nach basal. Unter Ischämie/Hypoxie nahm der Prestin mRNA-Gehaltes parallel zum Verlust von ÄHZ ab. In der vorliegenden Arbeit wurden Erkenntnisse über die Rolle von Hypoxie/Ischämie in der Cochlea gewonnen, die neue Ansätze zur Therapie und Prävention von Hypoxie/Ischämie bedingten Hörstörungen bieten.
In the present study, the influence of hypoxia/ischemia on the cochlea was examined using the organotypic culture of wistar rats (postnatal days 3-5). The inner hair cells were shown to be more vulnerable to the two events than the outer hair cells (OHC) with plasma membrane calcium ATPase and electrolytes have an important role to play. Under ischemic condition, an increase in the potassium (K+)-concentration resulted in protective efficiency. Magnesium and MK 801 (NMDA antagonist) also had protective effects on the hair cells. Growth factors like rhEPO, rhIGF and rhEGF reduced the apoptotic and necrotic hair cell death. The interference of signal pathways may result in a hair cell protection. The gene expression and its changes induced in culture or by hypoxia were examined in 3 cochlear regions: organ of Corti (OC), modiolus (MOD) and stria vascularis (SV). On postnatal days 3-5, biological attributes are already pronounced. Genes of calcium and K+ homeostasis were found in the OC, genes of development, maturation and regulation of neuronal structures were found in the MOD, and genes of the ion homeostasis, cochlear blood flow and protection against radicals were found in the SV. In culture, genes of the glucose metabolism, cytokines, Hmox and Mapk9 were up-regulated in the OC. Genes that are involved into neurotransmission and signal transmission were down-regulated. The most obvious changes were found to occur in the MOD. Changes in the gene expression may indicate preparation- and culture-induced trauma or normal developmental processes, which have different pathways in culture and in vivo. Hypoxia of 5 h duration resulted in small changes. Growth factors, ion channels, genes of neurotransmission were up-regulated in the MOD. Hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) is a transcription factor of the adaptation of cells/tissue to hypoxia/ischemia. In the cochlea, the two events led to an activation of HIF-1 with its highest activities being found in the MOD and OC. The HIF-1 alpha mRNA value did not change in normoxia and hypoxia, and it was found to be lower in the MOD than in the OC and SV. The expressions of HIF-1 alpha mRNA and protein did not coursed in parallel. Therefore, the HIF-1 regulation is assumed to occur on the post-translation level. Therapeutic approaches may be provided by regulation of target genes. The HIF-1-dependend genes Slca1 and Igfbp2 were highly expressed in the SV in normoxia. In culture, genes that are responsible for glucose metabolism (Gapdh), glucose transport (Slca1), activity of the growth hormone IGF, iron transport (Tf, Tfrc), blood flow and elimination of reactive oxygen species were highly expressed in the cochlea. Hypoxia induced small changes. In the MOD, Igf2 increased. The motor protein prestin is of importance for the OHC function. The prestin mRNA value increased two-fold in the OC of the newborn rat during development in vitro and in vivo and an apical-basal gradient developed. In Ischemia, the prestin mRNA expression decreased in parallel to the OHC loss. The present study reports new findings of the effect of hypoxia/ischemia on the cochlea, which may deliver new approaches for the therapy and prevention of hypoxia/ischemia- induced hearing disturbances.
