У молодых слуховых рецепторов нашлись «учителя»

Еще до того, как ухо новорожденного начнет функционировать, слуховые рецепторы «практикуются» в передаче сигналов нервной системе, причем помогают им в этом особые клетки, играющие роль «учителей». Детальный молекулярный механизм этого процесса был раскрыт группой ученых из Медицинской Школы Университета Джона Хопкинса, Мэриленд, США. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

До рождения и даже некоторое время после него среднее ухо многих млекопитающих заполнено жидкостью и не может проводить звуковые колебания из внешней среды. Однако ученые зарегистрировали нервные сигналы, идущие от рецепторных клеток улитки в мозг. Оказалось, что чувствительная система внутреннего уха может стимулировать саму себя и имитировать улавливание звуковых волн.

Клетки в улитке, несущие волоски, окружены поддерживающими клетками, обеспечивающими их жизнедеятельность. Ученые заметили, что генерация нервных импульсов связана со способностью поддерживающих клеток выбрасывать во внешнюю среду АТФ. Также оказалось, что важную роль в процессе играют хлорные каналы TMEM16A поддерживающих клеток и изменения концентрации ионов кальция.

В экспериментах на мышах ученые получили и сопоставили данные по электрической активности клеток, изменениям концентрации кальция и результаты других биохимических тестов. В конце концов группе удалось восстановить всю цепочку событий, приводящую к образованию нервных импульсов.

Оказалось, что на первом этапе поддерживающие клетки выбрасывают АТФ и стимулируют сами себя через рецепторы АТФ. Сигнал вызывает повышение концентрации ионов кальция внутри поддерживающих клеток, что влечет за собой открытие их хлорных каналов TMEM16A. Через эти каналы во внешнюю среду устремляется поток хлоридов и ионов калия. Колебания уровня калия вызывают активацию соседних рецепторных клеток, несущих волоски, и последующую стимуляцию связанных с ними нервных клеток.

Таким образом, поддерживающие клетки играют роль своего рода «учителей» для рецепторных клеток. В будущем рецепторные клетки будут активироваться колебанием чувствительных волосков, а во время обучения их активируют колебания концентрации ионов кальция, создаваемые поддерживающими клетками.

Исследователи считают, что данный механизм необходим для укрепления контактов между слуховыми рецепторами и мозгом. Он обучает нервную систему «прислушиваться» к сигналам, поступающим из органа слуха. Открытый механизм может являться перспективным для улучшения свойств кохлеарных имплантов. Кроме того, он может помочь при восстановлении после травм органов слуха, когда мозг нужно заново научить «слышать».

Слуховые рецепторы позвоночных располагаются в заполненной жидкостью улитке внутреннего уха. Звуки из внешней среды вызывают колебания барабанной перепонки. Далее механические волны переносятся тремя косточками через заполненное воздухом среднее ухо. Достигнув внутреннего уха, колебания вызывают движение содержащейся в нем жидкости. Эти движения улавливают снабженные волосками клетки, которые передают сигнал далее по слуховому нерву в мозг.

Анна Образцова