Команда учёных из Орегонского университета здоровья и науки раскрыла молекулярный механизм человеческого слуха, идентифицировав архитектуру внутреннего уха, позволяющую превращать звуковые вибрации в нейронные сигналы. Данное открытие не только является прекрасным дополнением базовых положений отоларингологии, но также служит основой для дальнейших исследований в области предотвращения, диагностики и лечения нарушений слуха.
Для решения многолетней загадки архитектуры человеческого слуха учёные использовали вовсе не реальные уши людей, а круглых червей Caenorhabditis elegans. Эти нематоды являются популярным модельным организмом в сфере нейрофизиологии, поскольку они обладают одной из самых простых нервных систем. В связи с этим на их примере удобно изучать механизмы передачи сигналов по нейронной сети. Черви ощущают прикосновения и контакт с окружающим миром при помощи комплекса протеинов, очень похожего на тот, что действует во внутреннем ухе человека и, предположительно, играет некоторую роль в молекулярном формировании нашего слуха. Поскольку количество этих белков в наших ушах ничтожно мало, для получения объёма материала, достаточного для лабораторного исследования, учёные вырастили около 60 миллионов нематод и изолировали нужные протеины из их организмов. Биохимикам понадобилось несколько лет, чтобы наладить «производство» белка, и их исследование не раз оказывалось на грани провала, однако в конце концов им удалось разгадать молекулярный механизм человеческого слуха.
Прежде учёные имели некоторое представление о функции комлпекса TMC-1 – трансмембранных каналоподобных белков 1 – в формировании слуха, однако точный молекулярный механизм его работы до сих пор оставался нераскрытым. При помощи миллионов червей и криоэлектронной микроскопии исследователи создали 3D-реконструкцию белка и проследили, как именно он позволяет преобразовывать механическую энергию звука в электрические нервные импульсы, которые мозг распознаёт как звуки. Учёные идентифицировали, что расположенные во внутреннем ухе микроворсинки (стереоцилии) «растут» из клеток, ионные каналы которых сформированы механосенсорными комплексами белков TMC-1. При вибрации мембраны кортиевого органа эти волоски двигаются, вызывая деполяризацию волосковых клеток. Вместе с движением стереоцилий происходит открытие и закрытие ионных каналов, преобразующее вибрации в понятные для синапсов слухового нерва электрические импульсы.
По словам исследователей, расшифровка молекулярного механизма слуха приблизила их к пониманию механизмов генетических нарушений слуха. Поскольку теперь они имеют чёткое представление о работе белковых комплексов, отвечающих за преобразование звуковых вибраций в сигналы нейронной сети, как на клеточном, так и на генетическом уровне, следующим шагом станет изучение возможностей проведения генной терапии для компенсации дефектов механосенсорного комплекса, вызванных различными мутациями.
