The interface between micromachined neural microelectrodes and neural tissue plays an important role in chronic in vivo recording. Electrochemical polymerization was used to optimize the surface of the metal electrode sites. Electrically conductive polymers (polypyrrole) combined with biomolecules having cell adhesion functionality were deposited with great precision onto microelectrode sites of neural probes. The biomolecules used were a silk-like polymer having fibronectin fragments (SLPF) and nonapeptide CDPGYIGSR. The existence of protein polymers and peptides in the coatings was confirmed by reflective microfocusing Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The morphology of the coating was rough and fuzzy, providing a high density of bioactive sites for interaction with neural cells. This high interfacial area also helped to lower the impedance of the electrode site and, consequently, to improve the signal transport. Impedance spectroscopy showed a lowered magnitude and phase of impedance around the biologically relevant frequency of 1 kHz. Cyclic voltammetry demonstrated the intrinsic redox reaction of the doped polypyrrole and the increased charge capacity of the coated electrodes. Rat glial cells and human neuroblastoma cells were seeded and cultured on neural probes with coated and uncoated electrodes. Glial cells appeared to attach better to polypyrrole/SLPF-coated electrodes than to uncoated gold electrodes. Neuroblastoma cells grew preferentially on and around the polypyrrole/CDPGYIGSR-coated electrode sites while the polypyrrole/CH3COO−-coated sites on the same probe did not show a preferential attraction to the cells. These results indicate that we can adjust the chemical composition, morphology, electronic transport, and bioactivity of polymer coatings on electrode surfaces on a multichannel micromachined neural probe by controlling electrochemical deposition conditions. © 2001 John Wiley & Sons, Inc. J Biomed Mater Res 56: 261–272, 2001

Hair cell loss in the mammalian cochlea is irreversible and results in permanent hearing loss. Math1, the basic helix-loop-helix transcription factor homolog of the Drosophila atonal gene, is a positive regulator of hair cell differentiation during cochlear development. Developing hair cells express Math1, and nonsensory cells do not. We set out to determine the outcome of overexpression of Math1 in nonsensory cells of the cochlea on the phenotype of these cells. We demonstrate that in vivo inoculation of adenovirus with the Math1 gene insert into the endolymph of the mature guinea pig cochlea results in Math1 overexpression in nonsensory cochlear cells, as evident from the presence of Math1 protein in supporting cells of the organ of Corti and in adjacent nonsensory epithelial cells. Math1 overexpression leads to the appearance of immature hair cells in the organ of Corti and new hair cells adjacent to the organ of Corti in the interdental cell, inner sulcus, and Hensen cell regions. Axons are extended from the bundle of auditory nerve toward some of the new hair cells, suggesting that the new cells attract auditory neurons. We conclude that nonsensory cells in the mature cochlea retain the competence to generate new hair cells after overexpression of Math1 in vivo and that Math1 is necessary and sufficient to direct hair cell differentiation in these mature nonsensory cells.

The shaker-2 mouse mutation, the homolog of human DFNB3 , causes deafness and circling behavior. A bacterial artificial chromosome (BAC) transgene from the shaker-2 critical region corrected the vestibular defects, deafness, and inner ear morphology of shaker-2 mice. An unconventional myosin gene, Myo15 , was discovered by DNA sequencing of this BAC. Shaker-2 mice were found to have an amino acid substitution at a highly conserved position within the motor domain of this myosin. Auditory hair cells of shaker-2 mice have very short stereocilia and a long actin-containing protrusion extending from their basal end. This histopathology suggests that Myo15 is necessary for actin organization in the hair cells of the cochlea.

Steroid-resistant nephrotic syndrome (SRNS) is a frequent cause of end-stage renal failure. Identification of single-gene causes of SRNS has generated some insights into its pathogenesis; however, additional genes and disease mechanisms remain obscure, and SRNS continues to be treatment refractory. Here we have identified 6 different mutations in coenzyme Q10 biosynthesis monooxygenase 6 (COQ6) in 13 individuals from 7 families by homozygosity mapping. Each mutation was linked to early-onset SRNS with sensorineural deafness. The deleterious effects of these human COQ6 mutations were validated by their lack of complementation in coq6-deficient yeast. Furthermore, knockdown of Coq6 in podocyte cell lines and coq6 in zebrafish embryos caused apoptosis that was partially reversed by coenzyme Q10 treatment. In rats, COQ6 was located within cell processes and the Golgi apparatus of renal glomerular podocytes and in stria vascularis cells of the inner ear, consistent with an oto-renal disease phenotype. These data suggest that coenzyme Q10–related forms of SRNS and hearing loss can be molecularly identified and potentially treated.

ABSTRACT Reprogramming of the cochlea with hair cell-specific transcription factors such as ATOH1 has been proposed as a potential therapeutic strategy for hearing loss. ATOH1 expression in the developing cochlea can efficiently induce hair cell regeneration but the efficiency of hair cell reprogramming declines rapidly as the cochlea matures. We developed Cre-inducible mice to compare hair cell reprogramming with ATOH1 alone or in combination with two other hair cell transcription factors, GFI1 and POU4F3. In newborn mice, all transcription factor combinations tested produced large numbers of cells with the morphology of hair cells and rudimentary mechanotransduction properties. However, one week later, only a combination of ATOH1, GFI1 and POU4F3 could reprogram non-sensory cells of the cochlea to a hair cell fate, and these new cells were less mature than cells generated by reprogramming one week earlier. We used scRNA-seq and combined scRNA-seq and ATAC-seq to suggest at least two impediments to hair cell reprogramming in older animals. First, hair cell gene loci become less epigenetically accessible in non-sensory cells of the cochlea with increasing age. Second, signaling from hair cells to supporting cells, including Notch signaling, can prevent reprogramming of many supporting cells to hair cells, even with three hair cell transcription factors. Our results shed light on the molecular barriers that must be overcome to promote hair cell regeneration in the adult cochlea.

Abstract Mutations in USH2A gene are responsible for the greatest proportion of hearing and vision loss among individuals with Usher Syndrome (USH) and for autosomal recessive non-syndromic retinitis pigmentosa. Mutations on USH2A exon 13 account for more than 35% of the disease causing USH2A variants including the most prevalence point mutation, c.2299delG, a frameshift mutation. The lack of a clinically relevant animal model has been a bottleneck for the development of therapeutics for USH2A related vision loss. Using CRSPR/Cas9 technology, this study establishes a rabbit line carrying an USH2A frameshift mutation on exon12 (equivalent to human USH2A Exon 13) as a novel mammalian animal model of USH2A. The bi-allelic mutant rabbits exhibit hyper reflective signals in FAF indicating RPE damage and OCT changes indicating photoreceptor degeneration as early as 4 months of age. ERG signals of both rod and cone function were reduced in the USH2A mutant rabbits starting from 7 months old and further decreased at 15-22 months old, indicating progressive retinal photoreceptor degeneration, which is further confirmed by retinal histopathology examination. ABR examination showed moderate to server hearing loss in the USH2A mutant rabbits. These results indicated that disruption of USH2A gene in rabbits is sufficient to induce hearing loss and progressive photoreceptor degeneration. To our knowledge, this is the first mammalian animal model of USH2 which closely recapitulates the phenotype of retinitis pigmentosa in human patients. This study supports the use of rabbits as a clinically relevant animal model to understand the pathogenesis and to develop novel therapeutics for Usher Syndrome.

Some species have evolved the ability to use the sense of hearing to modify existing vocalizations, or even create new ones. This ability corresponds to various forms of vocal production learning that are all possessed by humans, and independently displayed by distantly related vertebrates. Among mammals, a few species, including the Egyptian fruit-bat, would possess such vocal production learning abilities. Yet the necessity of an intact auditory system for the development of the Egyptian fruit-bat typical vocal repertoire has not been tested. Furthermore, a systematic causal examination of learned and innate aspects of the entire repertoire has never been performed in any vocal learner. Here we addressed these gaps by eliminating pups' sense of hearing at birth and assessing its effects on vocal production in adulthood. The deafening treatment enabled us to both causally test these bats vocal learning ability and discern learned from innate aspects of their vocalizations. Leveraging wireless individual audio recordings from freely interacting adults, we show that a subset of the Egyptian fruit-bat vocal repertoire necessitates auditory feedback. Intriguingly, these affected vocalizations belong to different acoustic groups in the vocal repertoire of males and females. These findings open the possibilities for targeted studies of the mammalian neural circuits that enable sexually dimorphic forms of vocal learning.