The role of the P2RX2 receptor in the vestibular sensory epithelia

Abstract

Purinergic receptors, non-selective cation channels located at various inner ear epithelia and neuronal cells are known to play various roles such as ion homeostasis, neuronal activity, protection from excessive mechanical stimulation, and hair cell motility. Among the subtypes of purinergic receptors, P2RX2 receptors, a member of the P2RX superfamily, are distributed over the apical surface of neighboring extrasensory epithelium around hair cells such as supporting cells, transitional cells, and outer sulcus cells of the cochlea and vestibule. These receptors have been shown to protect the inner ear hair cells from severe noise stress by acting as a cation shunt in the cochlea, reducing cation absorption through the cilia of hair cells by absorbing cations through the P2RX2 receptors, which finally protects hair cells from cation toxicity. However, their role in the vestibular organs has not been fully elucidated. We hypothesize that it also has similar roles in the protection of vestibular hair cells against excessive acceleration stimulation, in the vestibular apparatus. The functional and histological changes in the vestibular organs after excessive acceleration stimulation were investigated in genetically engineered P2RX2 knockout mice and immunohistochemistry, respectively. The baseline vestibular function in P2rx2+/+ and P2rx2-/- mice aged 8 – 12 weeks were normal; however, vestibular dysfunction was induced by 6G hypergravity stimulation for 48 h in P2rx2+/+ and P2rx2-/- mice. The induced dysfunction was more severe in P2rx2-/- mice, as demonstrated by decreased vestibule-ocular reflex gain and time constant. This suggests that vestibular function in P2RX2 dysfunction is mainly deteriorated after excessive acceleration stimulation or cumulative damage induced by recurrent acceleration stimulation. In addition, hypergravity stimulation was likely to cause vestibular dysfunction via hair cell degeneration as hair cell loss in the sensory epithelium of the ampulla was found, which was more significant in P2rx2-/- mice than in P2rx2+/+ mice. This study suggests that vestibular dysfunction was likely due to hair cell loss after hypergravity stimulation in P2rx2-/- mice. The P2RX2 receptors may play an important role in protecting vestibular hair cells during excessive mechanical stimulation.

비선택적 양이온 채널인 퓨린 수용체는 다양한 내이 상피세포와 신경세포에 존재하며, 이온 항상성, 뉴런활동, 유모세포 운동 에서 과도한 기계적 자극으로부터의 보호 등 다양한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. P2RX family 중 하나인 P2RX2 수용체는 달팽이관 및 전정의 지지세포, 과도 세포, 외부고랑 세포와 같은 유모세포 주변의 감각외상피 인접 표면에 분포되어있다. 이들 수용체는 달팽이관에서 양이온 shunt 역할을 하여 유모 세포의 섬모를 통한 양이온 흡수를 감소시켜 내이유모 세포를 심각한 소음 스트레스로부터 보호하여, 결국 양이온 독성으로부터 유모 세포를 보호하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들의 전정에서의 역할은 아직 잘 알려진 바가 없다. 따라서 본 연구는 전정기관에서도 비슷한 역할, 즉, 과도한 가속도 자극에 대해 유모세포를 보호할 것이라는 가설을 가지고 연구하고자 한다. 8-12 주령의 유전자 변형 P2RX2 knock out 마우스를 Animal rotator를 사용하여 일정시간 동안 6G 크기의 과도한 가속도 자극을 주었다. 자극 전후의 vestibulo-ocular reflex를 이용해 전정기능과 면역조직화학적 변화를 확인하였다. P2rx2+/+ 및 P2rx2-/-의 자극 전 전정 기능은 정상 이었지만, 두군 마우스에서 48 시간 동안 6G과 중력 자극에 의해 전정 기능은 유의하게 감소하였다. 유도된 기능 장애는 P2rx2-/-마우스에서 더 심각 하였으며, 이는 감소 된 전정-안구 반사 (VOR) 증가 및 시간 상수 (Tc)에 의해 입증되었다. 이는 P2RX2수용체 기능 장애에서 전정 기능이 악화되는 주원인은 과도한 가속 자극 또는 반복 되는 가속 자극에 의해 유발된 누적 손상 임을 시사한다. 또한 자극 이후 P2rx2+/+ 마우스보다 P2rx2-/-마우스에서 유의한 ampulla 감각 상피의 전정유모 세포 손실을 보였으므로 유모 세포 퇴화를 통해 전정 기능 장애를 유발했을 것으로 생각된다. 이 연구는 P2rx2-/-마우스에서 과중력 자극 후 전정 기능 장애가 유모세포 손실로 인해 발생할 가능성이 있음을 시사 한다. 또한, P2RX2수용체는 과도한 기계적 자극 동안 전정 유모 세포를 보호하는 데 역할을 할 것으로 생각된다.