Биологи опровергли моторную модель медленной адаптации волосковых клеток

Ученые выяснили, что медленная адаптация волосковых клеток не связана с наклоном стереоцилий миозиновым мотором, вопреки общепринятой модели. Тем не менее сам миозиновый мотор для адаптации необходим, и ученые в статье в Science Advances предположили, что за адаптацию и наклон волосков отвечают разные типы миозина.

Волосковые клетки вестибулярной и слуховой систем воспринимают колебания жидкости в каналах внутреннего уха, которые возникают из-за наклона головы или звуковых волн. На верхушке каждой волосковой клетки расположен пучок стереоцилий (волосков), который соединены друг с другом поперечными сцепками. При колебаниях жидкости стереоцилии смещаются, сцепки растягиваются, и на мембране волосков открываются каналы, из-за чего клетка деполяризуется и передает сигнал нейронам.

Если на волосковую клетку (как и почти любой другой рецептор) продолжительное время действует раздражитель постоянной величины (например, звук определенной частоты), та постепенно адаптируется, то есть снижает силу ответа. Принято считать, что медленная адаптация (к стимулам длительностью больше десяти миллисекунд) происходит за счет смещения угла наклона волосков относительно поверхности клеток из-за того, что ослабевает натяжение сцепки стереоцилий.

Согласно моторной модели медленной адаптации, натяжение сцепок регулируют миозиновые моторы из миозина типа Ic — они могут «ползать» по волоску выше или ниже, натягивая или ослабляя сцепку. Сторонники модели предполагают, что движение миозинового мотора вниз начинается при поступлении в клетки кальция в ответ на продолжительное действие раздражителя.

Однако в последнее время стали появляться сведения, которые противоречат моторной модели. Так, около миозиновых моторов не нашли кальциевые каналы, а в ходе развития волосковых клеток способность к адаптации возникает раньше, чем начинает экспрессироваться миозин типа Ic. Поэтому ученые из Колорадского университета под руководством Энтони Пэна (Anthony Peng) детально изучили медленную адаптацию волосковых клеток и ее связь с наклоном стереоцилий.

Исследователи направляли поток жидкости на выделенные в культуру волосковые клетки улитки мышей, крыс или песчанок и регистрировали электрический потенциал клеток, а также записывали отклонение стереоцилий на видео с кадровой частотой десять тысяч кадров в секунду. Под медленной адаптацией понимали изменение формы кривой электрического ответа клеток. В соответствии с моторной моделью, кривая наклона стереоцилий должна была изменяться в соответствии с кривой адаптации: чем сильнее адаптация, тем сильнее отклоняются волоски.

Для валидации моторной модели также проверили, зависит ли медленная адаптация рецепторов от кальция и миозинового мотора — во внеклеточную среду добавляли связывающее кальций вещество или внутриклеточно вводили блокатор миозинового мотора.

Связывание внеклеточного кальция и блокировка миозинового мотора снизили медленную адаптацию волосковых клеток, а значит эти два механизма действительно необходимы для адаптации. Однако смещение волоскового пучка никак не коррелировало с медленной адаптацией, а постоянная времени и другие характеристики кривой смещения не менялась в зависимости наличия внеклеточного кальция и работы миозинового мотора. Аналогичный результат получили и для вестибулярных волосковых клеток.

Затем ученые уточнили связь миозина типа Ic с наклоном волоскового пучка — основу моторной модели медленной адаптации. У трансгенных мышей в волосковых клетках выключали активности миозина Ic, из-за чего обездвиживались миозиновые моторы.

Так же, как и при блокировке миозиновых моторов в предыдущем эксперименте, при выключении миозина Ic величина медленной адаптации в вестибулярных волосковых клетках снижалась. Но кривая смещения и угол наклона стереоцилий при такой манипуляции не изменились. Кроме того, в рецепторах улитки блокировка миозина Ic не изменила величину медленной адаптации. Получается, наклон волоскового пучка не связан с медленной адаптацией, а в рецепторах слуховой и вестибулярной системы механизм адаптации отличается.

Авторы отмечают, что в соответствии с результатами их работы моторную модель необходимо пересмотреть. Они предполагают, что миозиновый мотор все же может изменять натяжение сцепки стереоцилий, но это не обязательно тот же миозин, что определяет медленную адаптацию рецепторов. Исследователи предложили новую модель, в которой один тип миозина (возможно, миозин VIIa) регулирует натяжение сцепок, изменяя положение верхней части сцепки. Другие миозины находятся около катионных каналов волосковых клеток, у нижнего конца сцепки, влияют на свойства этих каналов и обуславливают медленную адаптацию.

Изучение механизмов работы волосковых клеток поможет нам лучше понять причины и механизмы нарушений слуховой и вестибулярной систем. Повреждение волосковых клеток приводит, например, к нейросенсорной тугоухости — лечить ее пока не умеют, только компенсировать с помощью имплантатов. Между тем, у мышей восстановить поврежденные волосковые клетки ученые смогли — для этого их обработали белками актиний. У этих стрекающих есть похожие на волосковые клетки и специальные «ремонтные» белки для них.

Алиса Бахарева