科學家發現聽覺的微觀機制 揭示內耳關鍵結構

【2022年10月17日訊】(記者林達編譯報導)科學家們利用低溫電子顯微鏡首次以近乎原子層級的細節揭示了負責聽力的內耳關鍵部分的結構。這一發現為開發新的聽力障礙治療方法指明了方向,聽力障礙影響了全球4.6億多人。

「這是最後一個基本分子機制仍為未知的人體感覺系統,」俄勒岡州健康科技大學(OHSU)Vollum研究所的高級科學家、研究論文的資深作者埃里克·古奧(Eric Gouaux)博士說,「幾十年來,執行這一過程的分子機制一直不明。」此項研究結果10月12日發表在《自然》雜誌上。

OHSU的研究人員通過多年的艱苦研究梳理出該結構,得以分離出使內耳能夠將振動轉化為聲音的過程,即「機械感覺轉導複合體」(mechanosensory transduction complex),從而最終全面揭示了聽覺的原理。

這一發現揭示了內耳複合體的結構,該複合體將振動轉化為電脈沖,再由大腦將其轉化為對聲音的感知。過程被稱為機械感覺轉導,負責平衡和聲音。

古奧表示,弄清基本結構是第一步。「它立即給出了可以彌補聽力缺陷的機制,」他說。「如果突變導致轉導通道出現缺陷而造成聽力缺失,則有可能設計一種適合該空間的分子並挽救缺失。這也許意味著能夠加強(內耳各部分之間)已被削弱的相互作用。」

聽力損失可以通過基因遺傳給下一代,這是因為其形成的原因是基因突變造成的,此突變改變了構成「機械感覺轉導複合體」的蛋白質。此外,外來損傷也會導致聽力喪失,包括持續暴露在巨大的噪音中。在上面這兩種情況下,OHSU研究人員的發現都讓科學家們第一次能夠直接看到這個複合體的結構。

「聽覺神經科學領域幾十年來一直在等待這些結果,而現在它就在我們眼前——怎不讓人欣喜若狂!」OHSU聽力神經領域國家首席研究者彼得·巴爾-吉萊斯皮(Peter Barr-Gillespie)博士說。「這篇論文中的發現當即指出了新的研究途徑,因此將在未來幾年為該領域注入了活力。」吉萊斯皮本人並未參加這項研究。

科學家們在研究過程中利用了這樣一個事實,即秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)具有與人類非常相似的機械感覺複合體。研究人員在近五年內,仔細培養研究了6000萬條這種線蟲,並且研究出蛋白質分離技術,從而解決了這一難題。

「我們花了幾年時間優化線蟲生長和蛋白質分離方法,碰到了許多死結,曾經多次想放棄。」共同第一作者、Gouaux實驗室的博士後研究員莎拉·克拉克(Sarah Clark)博士,在《自然》雜誌發表的一份研究簡報中這樣寫道。◇#

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