Молекула слуха расшифрована



Механизм слуха основан на преобразовании звуковых колебаний в нервные импульсы.

Открыта «молекула слуха» — ключевой белок, отвечающий за преобразование механических колебаний в нервные импульсы. Внедрив его внутрь сенсорных клеток глухой мыши, авторам статьи удалось восстановить слух у животного.

Анатомическое строение органа слуха млекопитающих изучено очень хорошо, однако генетический и молекулярный механизм, отвечающий за его функционирование, то есть за преобразование энергии звуковых колебаний в нервные импульсы, затем поступающие в головной мозг, до сих пор оставался непонятным.

Между тем без расшифровки молекулярной «машинерии» слуха нельзя понять не только принцип работы одной из главных нейросенсорных систем животных и человека, но и природу врожденной глухоты, а также других заболеваний, связанных с потерей слуха.

Похоже, что разгадать тайну слуха удалось генетикам и нейрофизиологам из Исследовательского института Скриппса (США), которые идентифицировали ключевое звено в процессе преобразования звуковых колебаний в нервные импульсы — белок THMS.

Этот протеин, как показали эксперименты, является критически важным компонентом так называемых механопередаточных каналов уха, расположенных в кортиевом органе (рецепторной части перепончатого лабиринта ушной улитки), в котором, собственно, и происходит трансформация механических звуковых колебаний в электрические.

Статья возглавляемой профессором Ульрихом Мюллером исследовательской группы с описанием ключевой «молекулы слуха», поиск которой идет уже несколько десятилетий, опубликована в пятницу в журнале Cell.

В чем именно заключается ключевая роль THMS?

Звуковые колебания, пройдя через ушной канал, воспринимаются барабанной перепонкой и далее через систему косточек среднего уха передаются жидкости внутреннего уха, заполняющей перепончатый лабиринт ушной улитки. Внутри перепончатого лабиринта расположен кортиев орган, состоящий из так называемых волосковых клеток — рецепторных клеток, снабженных волосками, или стереоцилиями.

Движения жидкости внутри ушной улитки, комплиментарные колебаниям барабанной перепонки, заставляет стереоцилии отклоняться.

При каждом отклонении в мембранах волосковых клеток открываются механочувствительные ионные каналы и из жидкости внутреннего уха в клетку начинают поступать ионы калия и кальция. В результате клетка деполяризуется, высвобождая нейромедиатор (вещество, регулирующее работу нервных клеток), который в свою очередь связывается с рецепторами расположенных поблизости нейронов. Когда концентрация нейромедиатора достигает порогового уровня, нейрон продуцирует электрический сигнал, который через мозговой ствол поступает в слуховую кору больших полушарий мозга.

За большим числом взаимосвязанных компонентов, обеспечивающих трансформацию энергии механических колебаний в понятные мозгу нервные импульсы, лежат сотни и сотни функциональных генов, регулирующих работу механопередаточного механизма. Выпадение хотя бы одного его звена может грозить полной или частичной потерей слуха. Волосковые клетки формируются в канале внутреннего уха еще на внутриутробной стадии развития организма, их число ограничено, они не восстанавливаются, и большая часть форм наследственной глухоты связана именно с их дефектами, прежде всего с невозможностью трансформировать механические колебания в электрохимические сигналы.

Сейчас открыты (в том числе и группой Мюллера) десятки генов, изменения которых вызывают потерю слуха, но какие из этих генов за какие именно дефекты отвечают, оставалось непонятным. С открытием TMHS — белка, играющего ключевую роль в клеточном преобразовании сигналов, — картина стала намного более понятной.

Как было установлено несколько лет назад, кончики стереоцилий — волосков рецепторных клеток — покрыты белковыми навершиями, которые скрепляют концы соседних стереоцилий, образующих таким образом связанные группы отклоняющихся синхронно волосков. Помимо скрепляющей функции, синхронизирующей движение механических «антенн», белки, покрывающие кончики стереоцилий, играют важную роль в преобразовании физических сигналов, управляя поведением ионных каналов клеточной мембраны.

Ранее группа Мюллера расшифровала белковую структуру наконечников, но белок, непосредственно связывающий наконечник волоска с ионным каналом клетки, который открывается с каждым отклонением «антенны», идентифицировать никак не удавалось.

Открытие TMHS — компонента, связывающего ионный канал с навершием волоска, — поставило наконец-то точку в расшифровке базового клеточного механизма по конвертации энергии звуковых волн в нервные импульсы.

Было установлено, что в отсутствие TMHS нормальные во всех других отношениях волосковые клетки полностью теряют способность продуцировать нервные импульсы, точнее — выделять нейромедиатор, управляющий поведением нейронов.

Помимо чисто фундаментального открытие группы Мюллера потенциально имеет и прикладное значение, открывая новые возможности в лечении глухоты.

Внедрив белок THMS внутрь сенсорных клеток уха новорожденной мыши, страдающей наследственной глухотой, авторам статьи удалось восстановить слух у животного. При этом генетически измененные мыши, у которых этот белок не вырабатывался, оставались глухими. Строение органов слуха примерно схоже у всех млекопитающих, и специфические изменения белковой структуры THMS, также обнаруженные у людей, страдающих наследственной глухотой, помогут объяснить, какие именно генетические вариации вызывают эту патологию. Соответственно, эти вариации можно будет предсказывать и корректировать, возвращая людям слух.

Источник

«Точка зрения, будто верующий более счастлив, чем атеист, столь же абсурдна, как распространенное убеждение, что пьяный счастливее трезвого»

Шоу Бернард

Научный подход на Google Play

Файлы

Бог - Природа - Человек

Мир без политики, нищеты и войн

Вероятностный мир

Деньги без процентов и инфляции