انتقال مکانیکی در سلول‌های مویی

انتقال مکانیکی (Mechanotransduction) مرحله‌ای است که در آن سلول‌های مویی حرکت مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. هر سلول مویی دارای دسته‌ای از استریوسیلیای (stereocilia) است که در نوک خود به هم متصل شده‌اند؛ هنگامی که صدا دسته را منحرف می‌کند، پیوندهای نوکی (tip links) کانال‌های یونی با دروازه مکانیکی را باز می‌کنند و اجازه می‌دهند جریان عبور کند و پتانسیل غشای سلول را تغییر دهد. این تبدیل که در عرض میکروثانیه انجام می‌شود، چیزی است که شنوایی را سریع و حساس می‌کند.

Definition

انتقال مکانیکی در سلول‌های مویی فرآیندی است که طی آن انحراف دسته استریوسیلیایی، پیوندهای نوکی را تحت کشش قرار می‌دهد که کانال‌های یونی حساس به مکانیک را دروازه‌بانی می‌کنند و تحریک مکانیکی را به پتانسیل گیرنده تبدیل می‌کنند.

Scope

این موضوع به سازوکارهای مولکولی و بیوفیزیکی انتقال مکانیکی-الکتریکی سلول‌های مویی می‌پردازد: دسته استریوسیلیایی، پیوندهای نوکی، کانال انتقال مکانیکی، دروازه‌بانی و سازگاری، و چگونگی تغذیه تقویت‌کننده حلزونی توسط انتقال. اگرچه توصیفگر MeSH به سلول‌های مویی دهلیزی اشاره دارد، اما سازوکار انتقال توصیف شده در اینجا بین سلول‌های مویی شنوایی (حلزونی) و دهلیزی مشترک است و نقش آن در شنوایی ارائه می‌شود. این مدخل مرجع-آموزشی است و راهنمایی برای تشخیص یا درمان آسیب‌شناسی سلول‌های مویی نیست.

Core questions

• چگونه انحراف دسته استریوسیلیایی کانال‌های انتقال را باز می‌کند؟
• نقش پیوندهای نوکی در دروازه‌بانی چیست؟
• چگونه سازگاری حساسیت را بازنشانی می‌کند و دامنه دینامیکی را گسترش می‌دهد؟
• چگونه انتقال، تقویت‌کننده حلزونی مبتنی بر سلول مویی بیرونی را هدایت می‌کند؟

Key concepts

• دسته استریوسیلیایی
• پیوندهای نوکی
• کانال انتقال مکانیکی (MET)
• مدل فنر دروازه‌بانی
• پتانسیل گیرنده (انتقال)
• سازگاری سریع و کند
• وابستگی سازگاری به کلسیم
• کوپلینگ به الکتروموتیلیتی سلول مویی بیرونی (پرستین)

Mechanisms

استریوسیلیای درون یک دسته از نظر ارتفاع درجه‌بندی شده‌اند و در نزدیکی نوک خود توسط پیوندهای نوکی ظریف به هم متصل شده‌اند. حرکت ناشی از صدا در بخش حلزونی، دسته را به سمت لبه بلندتر خود منحرف می‌کند و کشش در پیوندهای نوکی را افزایش می‌دهد و کانال‌های انتقال مکانیکی را در انتهای پایین‌تر آنها باز می‌کند؛ کاتیون‌ها، از جمله کلسیم، وارد سلول شده و آن را دپولاریزه می‌کنند و پتانسیل گیرنده را در عرض میکروثانیه تولید می‌کنند (Vollrath, Kwan, & Corey, 2007). کلسیم ورودی به کانال، سازگاری را هدایت می‌کند، یک فرآیند سریع و کندتر که حساسیت کانال را بازنشانی می‌کند، مبدل را در محدوده عملکرد خود نگه می‌دارد و به تنظیم فرکانس کمک می‌کند (Fettiplace & Fuchs, 1999). در سلول‌های مویی بیرونی، تغییر ولتاژ حاصله، تغییرات طول مبتنی بر پرستین (prestin) را هدایت می‌کند و انرژی مکانیکی را به عنوان تقویت‌کننده حلزونی به موج رونده بازمی‌گرداند (Zheng et al., 2000; Pickles, 2012).

Clinical relevance

از آنجا که انتقال به دسته‌های استریوسیلیایی و پیوندهای نوکی سالم وابسته است، آسیب به این ساختارها ناشی از سر و صدا یا سایر عوامل می‌تواند شنوایی را مختل کند و سازوکار مشترک، عملکرد حسی شنوایی و دهلیزی را به هم مرتبط می‌کند. این مدخل انتقال طبیعی را برای مرجع و آموزش توصیف می‌کند و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.

History

کارهای بیوفیزیکی اواخر قرن بیستم نشان داد که انتقال در سلول‌های مویی به صورت مکانیکی دروازه‌بانی شده و سریع است که منجر به مدل‌های پیوند نوکی و فنر دروازه‌بانی شد، در حالی که مطالعات مولکولی در دهه 2000 شروع به شناسایی اجزای دستگاه انتقال و سازگاری کردند، ترکیبی که توسط Vollrath, Kwan, and Corey (2007) بررسی شده است.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

چه چیزی کانال‌های انتقال سلول مویی را باز می‌کند؟

انحراف دسته استریوسیلیایی، کشش در پیوندهای نوکی متصل کننده استریوسیلیای مجاور را افزایش می‌دهد و این کشش به صورت مکانیکی کانال‌های انتقال مکانیکی را باز می‌کند.

چرا انتقال مکانیکی برای شنوایی مهم است؟

این مرحله‌ای است که ارتعاش مکانیکی صدا را به پتانسیل گیرنده الکتریکی سلول مویی تبدیل می‌کند و این کار را به اندازه کافی سریع انجام می‌دهد تا صداهای با تغییر سریع را دنبال کند.