Открытие молекулярной «пружины» раскрывает механизм запуска слуха

Слух начинается с растяжения упругих молекулярных «пружин», которые открывают ионные каналы в сенсорных волосковых клетках уха. Исследователи знали о существовании этих «пружин открытия» десятилетиями, но не могли их обнаружить. Команда из кластера передового опыта Multiscale Bioimaging (MBExC) в Гёттингене впервые обнаружила такую пружину. Их результаты проливают новый свет на понимание слуха и функции ионных каналов.

Результаты опубликованы в Nature Neuroscience.

Когда звук попадает в ухо, он вызывает крошечные движения внутри. «Слуховые клетки» регистрируют эти движения с помощью специализированных молекул — ионных каналов. Эти каналы имеют пору с воротами, которые в норме закрыты. Движения, обнаруженные в ухе, должны передаваться к воротам канала, чтобы открыть их.

Это делает пружина открытия, которая — как пружина в шариковой ручке — упруга и эластична. Когда эти пружины растягиваются, они тянут и открывают ворота канала, и ионы могут протекать через поры.

Исследователи искали эти пружины более 40 лет. Ранее они обнаружили перспективную структуру в ухе плодовой мушки: ионный канал, который — помимо ворот и поры — также имеет область, закрученную спиралью, как пружина в ручке. Учёные предположили, что эта спираль и может быть пружиной открытия.

Исследовательская группа под руководством профессора Мартина Гёпферта проверила эту гипотезу.

«Наше предположение заключалось в том, что удвоение спирали вдвое уменьшит жёсткость пружины открытия. Но этого не произошло», — говорит доктор Томас Эффертц, соавтор исследования.

Исследователи обнаружили, что закрученная спираль жёсткая, но гибко прикреплена к воротам канала через гибкий шарнир. Когда учёные удвоили этот шарнир, поставив два последовательно, жёсткость пружины открытия уменьшилась вдвое, что доказывает: именно шарнир является пружиной открытия.

«Фактически, мы смогли наблюдать на молекулярном уровне, что под механическим напряжением изгибается не спираль, а гибкое соединение», — говорит профессор Берт де Гроот.

«Мы предполагаем, что пружины открытия скрыты в каждом ионном канале, включая каналы в человеческом ухе. Независимо от того, механическими, электрическими или химическими сигналами открывается ионный канал, его ворота должны быть упруго подвешены, чтобы открыться вообще, и эта подвеска должна служить пружиной открытия», — отмечает доктор Филип Хелерт, соавтор исследования.

Эти результаты не только дают важное новое понимание того, как запускается процесс слуха на молекулярном уровне, но и способствуют лучшему пониманию базовой функции ионных каналов, которые являются важнейшим компонентом всех клеток и основой всех чувств.