耳蜗毛细胞是声音的感受器，核心转录因子Atoh1突变小鼠完全丧失毛细胞，相反，过表达Atoh1能够额外产生更多的毛细胞。Atoh1的重要生物学功能使之成为通过毛细胞再生重塑听力的一个重要的靶点。2022年8月5日，《PNAS》期刊在线发表了题为《Three distinct Atoh1 enhancers cooperate for sound receptor hair cell development》的研究论文(DOI:10.1073/pnas.2119850119)，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心刘志勇研究组与中国科学院遗传与发育生物学研究所分子发育生物学国家重点实验室陆发隆研究组合作完成。 

　　Atoh1的表达在毛细胞发育过程中高度动态变化，但其精准调控机制仍知之甚少。过去20年来，Atoh1增强子1 (Eh1)一直被认为对Atoh1的表达至关重要。但这个假说一直未得到体内实验的证实。研究人员首先敲除了Eh1，但Eh1 -/- 小鼠耳蜗毛细胞发育完全正常，表明Eh1对于毛细胞的发育不是必需的并提示毛细胞中存在尚未发现的其他Atoh1增强子。因此，该研究解析了新生小鼠耳蜗毛细胞的全基因组染色质开放性图谱，发现和验证了两个全新的Atoh1增强子(图1)。通过敲除单个或同时敲除多个Atoh1增强子，揭示了Atoh1的三个增强子协同调控毛细胞发育(图1)。 

图1：耳蜗毛细胞ATAC-seq，增强子验证和功能分析。（A）耳蜗毛细胞流式分选和ATAC-seq示意图。
（B）Eh2和Eh3在毛细胞中开放，而在对照组中处于关闭状态。（C）转基因小鼠耳蜗染色分析证实Eh3
驱动EGFP报告基因特异在毛细胞中表达。（D）正常野生型耳蜗毛细胞。
（E）同时敲除Atoh1的三个增强子引起毛细胞数量急剧减少。 

进一步，研究人员揭示了Atoh1蛋白在耳蜗毛细胞中的全基因组结合位点，发现Atoh1可以直接结合到Eh1，Eh2和Eh3这三个增强子上，从而调控Atoh1自身的表达（图2）。这项研究揭示了调控Atoh1在毛细胞中特异表达的分子机制，为在成年耳蜗支持细胞内重新启动Atoh1的表达提供了理论指导，有助于未来通过促进成年耳蜗毛细胞再生以恢复听力。 

图2：三个增强子调控Atoh1表达的示意图。在毛细胞中，Atoh1可以直接结合到三个增强子（Eh1，Eh2和Eh3）上，进而促进Atoh1自身的表达。三个增强子同时敲除，导致Atoh1表达下降，毛细胞数量减少。 

中科院脑智卓越中心刘志勇研究员和分子发育生物学国家重点实验室陆发隆研究员为该论文的共同通讯作者；脑智卓越中心博士研究生罗正南和遗传发育所博士研究生杜毅为该论文共同第一作者。该研究得到科技部，中科院，基金委和上海市的支持。