Haarzellen-Mechanotransduktion

Mechanotransduktion ist der Schritt, bei dem Haarzellen mechanische Bewegung in ein elektrisches Signal umwandeln. Jede Haarzelle trägt ein Bündel von Stereozilien, die an ihren Spitzen miteinander verbunden sind; wenn Schall das Bündel ablenkt, ziehen Spitzenverbindungen (tip links) mechanisch gesteuerte Ionenkanäle auf, wodurch Strom fließt und das Membranpotential der Zelle verändert wird. Diese Umwandlung, die innerhalb von Mikrosekunden abgeschlossen ist, macht das Hören schnell und empfindlich.

Definition

Haarzellen-Mechanotransduktion ist der Prozess, bei dem die Auslenkung des Stereozilienbündels die Spitzenverbindungen (tip links) spannt, die mechanosensitive Ionenkanäle öffnen und so mechanische Stimulation in ein Rezeptorpotential umwandeln.

Scope

Dieses Thema behandelt die molekularen und biophysikalischen Mechanismen der mechanoelektrischen Transduktion von Haarzellen: das Stereozilienbündel, Spitzenverbindungen (tip links), den Mechanotransduktionskanal, Gating und Adaptation sowie die Art und Weise, wie die Transduktion den Cochlea-Verstärker speist. Obwohl der MeSH-Deskriptor vestibuläre Haarzellen benennt, wird der hier beschriebene Transduktionsmechanismus sowohl von auditorischen (Cochlea-) als auch von vestibulären Haarzellen geteilt und wird für seine Rolle beim Hören dargestellt. Der Eintrag dient als Referenz und zu Bildungszwecken und ist kein Leitfaden zur Diagnose oder Behandlung von Haarzellpathologien.

Core questions

• Wie öffnet die Auslenkung des Stereozilienbündels die Transduktionskanäle?
• Welche Rolle spielen Spitzenverbindungen (tip links) beim Gating?
• Wie setzt die Adaptation die Empfindlichkeit zurück und erweitert den Dynamikbereich?
• Wie treibt die Transduktion den auf äußeren Haarzellen basierenden Cochlea-Verstärker an?

Key concepts

• Stereozilienbündel
• Spitzenverbindungen (Tip links)
• Mechanotransduktionskanal (MET-Kanal)
• Gating-Spring-Modell
• Rezeptorpotential (Transduktionspotential)
• Schnelle und langsame Adaptation
• Kalziumabhängigkeit der Adaptation
• Kopplung an die Elektromotilität der äußeren Haarzellen (Prestin)

Mechanisms

Stereozilien innerhalb eines Bündels sind in ihrer Höhe gestuft und nahe ihrer Spitzen durch feine Spitzenverbindungen (tip links) miteinander verbunden. Die schallgetriebene Bewegung der Cochlea-Partition lenkt das Bündel zu seiner hohen Kante hin ab, wodurch die Spannung in den Spitzenverbindungen (tip links) erhöht und Mechanotransduktionskanäle an ihren unteren Enden geöffnet werden; Kationen, einschließlich Kalzium, treten ein und depolarisieren die Zelle, wodurch innerhalb von Mikrosekunden ein Rezeptorpotential erzeugt wird (Vollrath, Kwan, & Corey, 2007). Das in den Kanal eintretende Kalzium treibt die Adaptation an, einen schnellen und einen langsameren Prozess, der die Kanalsensitivität zurücksetzt, den Transducer in seinem Arbeitsbereich hält und zur Frequenzabstimmung beiträgt (Fettiplace & Fuchs, 1999). In äußeren Haarzellen führt die resultierende Spannungsänderung zu Prestin-basierten Längenänderungen, die mechanische Energie als Cochlea-Verstärker in die Wanderwelle zurückspeisen (Zheng et al., 2000; Pickles, 2012).

Clinical relevance

Da die Transduktion von intakten Stereozilienbündeln und Spitzenverbindungen (tip links) abhängt, kann eine Schädigung dieser Strukturen durch Lärm oder andere Einflüsse das Gehör beeinträchtigen, und die gemeinsame Maschinerie verbindet auditorische und vestibuläre sensorische Funktionen. Dieser Eintrag beschreibt die normale Transduktion zu Referenz- und Bildungszwecken und ist keine Grundlage für eine individuelle Diagnose oder Behandlung.

History

Biophysikalische Arbeiten aus dem späten zwanzigsten Jahrhundert zeigten, dass die Haarzellen-Transduktion mechanisch gesteuert und schnell ist, was zu den Tip-Link- und Gating-Spring-Modellen führte, während molekulare Studien in den 2000er Jahren begannen, die Komponenten des Transduktionsapparats und der Adaptation zu identifizieren, eine Synthese, die von Vollrath, Kwan und Corey (2007) rezensiert wurde.

Key figures

• David P. Corey
• Robert Fettiplace
• Melissa A. Vollrath
• Peter Dallos

Seminal works

• vollrath-kwan-corey-2007
• fettiplace-fuchs-1999

Frequently asked questions

Was öffnet die Transduktionskanäle der Haarzelle?

Die Auslenkung des Stereozilienbündels erhöht die Spannung in den Spitzenverbindungen (tip links), die benachbarte Stereozilien verbinden, und diese Spannung zieht die Mechanotransduktionskanäle mechanisch auf.

Warum ist die Mechanotransduktion für das Hören wichtig?

Sie ist der Schritt, der die mechanische Vibration des Schalls in das elektrische Rezeptorpotential der Haarzelle umwandelt, und sie tut dies schnell genug, um schnell wechselnden Geräuschen zu folgen.