Механотрансдукция волосковых клеток

Механотрансдукция — это этап, на котором волосковые клетки преобразуют механическое движение в электрический сигнал. Каждая волосковая клетка имеет пучок стереоцилий, соединенных на своих вершинах; когда звук отклоняет пучок, вершинные связи (tip links) открывают механочувствительные ионные каналы, позволяя току течь и изменяя мембранный потенциал клетки. Это преобразование, завершающееся в течение микросекунд, делает слух быстрым и чувствительным.

Definition

Механотрансдукция волосковых клеток — это процесс, при котором отклонение пучка стереоцилий натягивает вершинные связи, которые открывают механочувствительные ионные каналы, преобразуя механическую стимуляцию в рецепторный потенциал.

Scope

Эта тема охватывает молекулярный и биофизический механизм механоэлектрической трансдукции волосковых клеток: пучок стереоцилий, вершинные связи, механотрансдукционный канал, гейтинг и адаптацию, а также то, как трансдукция питает кохлеарный усилитель. Хотя дескриптор MeSH называет вестибулярные волосковые клетки, механизм трансдукции, описанный здесь, является общим для слуховых (кохлеарных) и вестибулярных волосковых клеток и представлен в его роли в слухе. Данная статья является справочно-образовательной и не является руководством по диагностике или лечению патологии волосковых клеток.

Core questions

• Как отклонение пучка стереоцилий открывает трансдукционные каналы?
• Какова роль вершинных связей в гейтинге?
• Как адаптация сбрасывает чувствительность и расширяет динамический диапазон?
• Как трансдукция управляет кохлеарным усилителем, основанным на наружных волосковых клетках?

Key concepts

• Пучок стереоцилий
• Вершинные связи
• Механотрансдукционный (MET) канал
• Модель гейтинг-пружины
• Рецепторный (трансдукционный) потенциал
• Быстрая и медленная адаптация
• Кальций-зависимость адаптации
• Связь с электромоторикой наружных волосковых клеток (престин)

Mechanisms

Стереоцилии в пучке имеют разную высоту и соединены около своих вершин тонкими вершинными связями. Движение кохлеарной перегородки, вызванное звуком, отклоняет пучок к его высокому краю, увеличивая натяжение в вершинных связях и открывая механотрансдукционные каналы на их нижних концах; катионы, включая кальций, входят и деполяризуют клетку, создавая рецепторный потенциал в течение микросекунд (Vollrath, Kwan, & Corey, 2007). Кальций, поступающий в канал, вызывает адаптацию — быстрый и более медленный процесс, который сбрасывает чувствительность канала, поддерживает преобразователь в его рабочем диапазоне и способствует настройке частоты (Fettiplace & Fuchs, 1999). В наружных волосковых клетках возникающее изменение напряжения вызывает изменения длины, основанные на престине, возвращая механическую энергию в бегущую волну в качестве кохлеарного усилителя (Zheng et al., 2000; Pickles, 2012).

Clinical relevance

Поскольку трансдукция зависит от интактных пучков стереоцилий и вершинных связей, повреждение этих структур шумом или другими воздействиями может нарушить слух, а общий механизм связывает слуховую и вестибулярную сенсорную функцию. Эта статья описывает нормальную трансдукцию для справки и образования и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Биофизические работы конца двадцатого века установили, что трансдукция волосковых клеток является механически управляемой и быстрой, что привело к моделям вершинных связей и гейтинг-пружин, в то время как молекулярные исследования в 2000-х годах начали идентифицировать компоненты трансдукционного аппарата и адаптации, синтез которых был рассмотрен Vollrath, Kwan и Corey (2007).

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Что открывает трансдукционные каналы волосковой клетки?

Отклонение пучка стереоцилий увеличивает натяжение в вершинных связях, соединяющих соседние стереоцилии, и это натяжение механически открывает механотрансдукционные каналы.

Почему механотрансдукция важна для слуха?

Это этап, который превращает механическую вибрацию звука в электрический рецепторный потенциал волосковой клетки, и он делает это достаточно быстро, чтобы следовать за быстро меняющимися звуками.