Η πρωτεΐνη που είναι υπεύθυνη για την ακοή πιστοποιήθηκε από ερευνητές του Harvard

Μετά από 40 χρόνια έρευνας, βρέθηκε η δομή και η λειτουργία της πρωτεΐνης που είναι υπεύθυνη για την ακοή και την ισορροπία των σπονδυλωτών. Ερευνητές από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ (Harvard Medical School) δημοσίευσαν πρόσφατα μία εργασία στο επιστημονικό περιοδικό Neuron στην οποία περιγράφουν με ποιόν τρόπο διαπίστωσαν πως η πρωτεΐνη TMC1, η οποία είχε ανακαλυφθεί από το 2002, είναι τελικά υπεύθυνη για τη μετατροπή του ήχου και των κινήσεων του κεφαλιού σε νευρικά σήματα που αποστέλλονται στον εγκέφαλο.

Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες γνώριζαν τη διαδικασία που ακολουθεί ο ήχος από το εξωτερικό περιβάλλον μέχρι να γίνει αντιληπτός από τον εγκέφαλο: Ο ήχος εισέρχεται στο αυτί και δονεί το τύμπανο. Οι δονήσεις αυτές μεταφέρονται σε ένα υγρό που υπάρχει στον κοχλία του εσωτερικού του αυτιού. Αυτό το υγρό, κάμπτει με την κίνησή του τριχοειδή κύτταρα που βρίσκονται στον κοχλία. Τα τριχοειδή αυτά κύτταρα, διαθέτουν εκατοντάδες διαύλους, οι οποίοι αναλαμβάνουν τη μετατροπή μηχανοαισθητικών σημάτων (όπως είναι η κίνηση των τριχοειδών κυττάρων) σε ηλεκτρικά σήματα τα οποία γίνονται αντιληπτά από τον εγκέφαλο. Πώς γίνεται αυτή η μετατροπή; Μέσω πρωτεϊνών-διαύλων, οι οποίοι επιτρέποντας την απότομη ροή ιόντων δημιουργούν διαφορετικό ηλεκτρικό δυναμικό εντός και εκτός κυττάρου, το οποίο έπειτα μεταφέρεται από νευρικά κύτταρα στον εγκέφαλο.

Οι επιστήμονες από τις ΗΠΑ, μελέτησαν την πρωτεΐνη TMC1 επειδή υπήρχαν μέχρι τώρα ενδείξεις πως παίζει έναν κομβικό ρόλο στη μεταγωγή του σήματος. Ωστόσο, το μοριακό υπόβαθρο της πρωτεΐνης αυτής δεν είχε ακόμη μελετηθεί. Χρησιμοποιώντας υπολογιστικές μεθόδους, οι ερευνητές βρήκαν πως οι TCM1 προσομοιάζουν στην αλληλουχία τους και στη διάταξή τους με μια άλλη πρωτεΐνη, η οποία είναι γνωστό πως λειτουργεί ως δίαυλος ιόντων. Το εύρημα αυτό ενδυνάμωσε την υπόθεση των ερευνητών πως η TCM1 λειτουργεί κι αυτή ως δίαυλος ιόντων.

Έπειτα, προχώρησαν σε 17 μεταλλάξεις σε διάφορα σημεία της αλληλουχίας που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη, ώστε να διερευνήσουν εάν κάποια μετάλλαξη είναι ικανή να μπλοκάρει τη λειτουργία της πρωτεΐνης ως διαύλου ιόντων. Οι ερευνητές ενέχυσαν ιικά πλασμίδια με τις μεταλλάξεις που επιθυμούσαν σε τριχοειδή κύτταρα εμβρύων ποντικών, έπειτα από κάποιες μέρες απομόνωσαν τα κύτταρα και τα καλλιέργησαν σε εργαστηριακές συνθήκες. Πράγματι, σε μετρήσεις δυναμικού ενέργειας που έγιναν στα μεταλλαγμένα για την πρωτεΐνη TCM1 κύτταρα, βρέθηκαν πέντε στελέχη κυττάρων στα οποία το δυναμικό ενέργειας μειώθηκε μέχρι και 80%, ενώ σε ένα στέλεχος η ροή μειώθηκε κατά 98%. Αυτό το τελευταίο εύρημα, υπέδειξε στους επιστήμονες πως η μετάλλαξη αυτή επηρέασε δραστικά τη λειτουργία του διαύλου ιόντων.

«Τα τριχοειδή αγγεία, όπως και οι μηχανές των αυτοκινήτων, είναι περίπλοκες μηχανές οι οποίες πρέπει να μελετώνται ενώ δουλεύουν. Δεν μπορείς να απομονώσεις ένα πιστόνι ούτε ένα τριχοειδές αγγείο για να καταλάβεις αν δουλεύει. Πρέπει να το τροποποιήσεις, να το τοποθετήσεις ξανά πίσω στη μηχανή και έπειτα να αξιολογήσεις τη λειτουργία του», ανέφερε ο David Corey, ερευνητής της ομάδας στο The Harvard Gazette αναφερόμενος στην πειραματική διαδικασία που ακολούθησαν.

Η πρωτεΐνη TCM1 βρίσκεται στα θηλαστικά, στα πτηνά, τα ψάρια, τα αμφίβια και τα ερπετά. «Το γεγονός αυτό, ότι η πρωτεΐνη έχει δηλαδή συντηρηθεί σε όλα τα είδη των σπονδυλωτών, υπογραμμίζει την εξελικτική σημασία της πρωτεΐνης για την επιβίωση των οργανισμών», πρόσθεσε ο Jeffrey Holt, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.

Πηγή: Harvard University

Περισσότερα στη δημοσίευση: TMC1 Forms the Pore of Mechanosensory Transduction Channels in Vertebrate Inner Ear Hair Cells. Neuron, 2018