2011年11月21日

研究人员识别内耳转导通道的关键蛋白

国立卫生研究院

国家卫生资助研究人员已经确定了两种蛋白质，这可能是内耳内耳机的机械手势通道长寻求的关键部件 - 声波的机械刺激变成电信号的地方，大脑将其识别为声音。调查结果发表在11月21日在线问题临床调查杂志。

使用的研究使用了其中两个基因，TMC1和TMC2的小鼠已被删除。研究人员揭示了小鼠立体纤胺的机械调节通道中的特定功能缺陷（勃起的突出突起，即在内耳的感觉细胞，称为毛细胞），而其余的毛孔结构和功能是正常的。

这些基因和它们调节的蛋白质是最强的候选者，但在几十年中，长期搜索了内耳地接受声音并将其转移到大脑的中心的转导通道。Andrew J. Griffith, M.D., Ph.D., chief of the molecular biology and genetics section and the otolaryngology branch at the National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD) at NIH, and Jeffrey R. Holt, Ph.D., an associate professor in the department of otolaryngology at Harvard Medical School's Children's Hospital in Boston, co-led the team that published the findings.

“多年来，NIDCD利用遗传方法获得资助的研究，以发现和分析遗传性耳聋的基因，”NIDCD主任James F. Battey，Jr.，M.D.，Ph.D.。“我们相信这些研究还可以帮助我们识别对正常听证态度至关重要的基因和蛋白质。现在我们的努力似乎正在偿还，在这次发现机械扫描复合体中的整体组成部分。”

与其他感觉细胞一样，毛电池的转导通道被推测为离子通道 - 在细胞中的微小开口或孔，使电荷分子（离子）进出和输出，并且作为转动声音振动的分子机制起作用进入耳蜗中的电信号，内耳的蜗牛形器官。感觉毛细胞的机械手段也使内耳前庭器官的平衡感。研究人员已经理论上是通道必须位于头发细胞立体纤维的尖端中，这些尖端立体纤维尖端由水平细丝（称为尖端链路）的系统连接，该系统连接到较短的立体纤毛到其较高的邻居，使整个捆绑在一个单位时移动它受到声音或头部运动的刺激。

Drs。Griffith和Holt和他们的团队专注于TMC1基因，这是一种因其跨膜通道样氨基酸序列而命名的基因。格里菲斯博士和另一个由nidcd资助的合作者组成的团队此前发现，TMC1基因的突变会导致人类和小鼠的遗传性耳聋。多个区域蛋白质TMC1编码看起来好像能够跨越质膜（控制蜂窝流量的细胞的外膜）并充当受体或通道。研究人员在TMC2中也归零，该基因具有与TMC1的结构很像，并且在其代码中具有类似的跨越域。

科学家们通过基因工程将这两个基因敲除后的小鼠进行繁殖，使一些小鼠没有TMC1或TMC2的功能副本，一些小鼠一个基因敲除但另一个基因存在。这是为了帮助科学家识别基因功能的冗余，即当其中一个基因缺失或突变时，基因家族间可以互相补充的结果。

该团队观察到TMC2敲除小鼠具有正常听力，没有平衡问题（平衡问题会表明前庭系统中的毛细胞问题），但没有TMC1或TMC2功能拷贝的小鼠具有晕眩小鼠的经典行为 - 头部摇动，颈部拱形，不稳定的步态和盘旋运动 - 他们是聋子。TMC1敲除小鼠也聋，但它们没有平衡问题。从出生的时间内看着小鼠内耳的组织切片，研究人员可以看到前庭器官和耳蜗中的毛细胞中TMC1和TMC2的表达。但是一周后，TMC2似乎在耳蜗上被关掉，而继续在前庭器官中表达。由于只有TMC1在成熟的耳蜗毛细胞中表达，研究人员提出了TMC1对听力至关重要，但TMC2不是。然而，在前庭系统中，TMC2表达可以替代TMC1以维持前庭功能。

为了进一步回家于TMC1的性质，科学家从双突变小鼠中测量了毛细胞中的电活动。没有功能性TMC1或TMC2的小鼠在其细胞中没有机械调节电流。双突变小鼠中的所有其他离子通道似乎正常运行。TMC1缺陷似乎特定于机械调整 - 不仅仅是影响整个细胞的问题的症状。

在扫描电子显微镜下，双突变毛细胞束的结构看起来完全正常，这排除了可能中断转导的结构异常。其他的测试通过使用荧光染料和庆大霉素(一种通过损伤毛细胞而导致听力丧失的药物)来探测机械转导通道的存在，这两种物质都可以自由地进入静纤毛。双突变小鼠没有摄入任何一种物质，而正常小鼠则有。

另一种新技术，在NIDCD的实验室里用于研究内耳毛细胞，使用基因枪在正常组织中消除荧光标记的TMC1和TMC2基因，看看基因表达蛋白质的位置。蛋白质聚集在立场的尖端中，如果他们在机械展示中发挥着突出的作用，人们会期望看到它们。

为了进一步支持他们的发现，研究人员发现，通过使用将蛋白质添加回电池的基因治疗技术，它们可以恢复转导与缺失的TMC1和TMC2的小鼠的前庭和耳蜗毛细胞。这表明可以在细胞水平处逆转遗传缺陷。

“我们看到这些毛细胞的双突变基因敲除小鼠,”格里菲思博士说,“是一个独特的组合属性,人们会期望看到的毛细胞有缺陷的转导通道或一些缺陷在通道需要和功能。”

为了发现渠道机械如何运行，该团队将继续探索TMC1和TMC2如何相互作用，以及它们如何与立体纤维尖端的其他蛋白质相互作用，这对转导必不可少。这些包括尖端链接钙粘蛋白和Protocadherins，其也被鉴定并在Nidcd资助的实验室中表征。如果这些基因编码转导通道，它们将是筛选与通道结合的药物或分子的有用工具，可用于防止损坏毛细胞。