Войти
Стереоцилии внутреннего уха лягушки. В внутреннем ухе, стереоцилии являются mechanosensing органелл волосковых клеток, которые реагируют на движение жидкости в многочисленных видах животных для различных функций, в том числе слуха и равновесия. Они имеют длину около 10–50 микрометров и имеют некоторые сходные черты микроворсинок. Волосковые клетки превращают давление жидкости и другие механические стимулы в электрические через множество микроворсинок, составляющих стержни стереоцилий. Стереоцилии существуют в слуховой и вестибулярной системах.
Стереоцилии, напоминающие волосовидные выступы, собраны в пучки по 30–300 штук. Внутри пучков стереоцилии часто выстраиваются в несколько рядов увеличивающейся высоты, подобно лестнице. В основе этих волосоподобных стереоцилий лежат жесткие поперечно сшитые актиновые филаменты, которые могут обновляться каждые 48 часов. Эти актиновые филаменты обращены своими положительными концами на концах стереоцилий и отрицательными концами у основания и могут иметь длину до 120 микрометров. Нитевидные структуры, называемые концевыми звеньями, соединяют концы стереоцилий в соседних рядах пучков. Концевые звенья состоят из почти вертикальных тонких нитей, которые идут вверх от верхнего конца более короткой стереоцилии к ее более высокому соседу. Концевые звенья аналогичны крошечным пружинам, которые при растяжении открывают катион- селективные каналы, позволяя ионам проходить через клеточную мембрану в волосковые клетки. Они также участвуют в передаче силы через пучок и поддержании структуры пучка волос.
Разрез спирального органа Кортиева, увеличенный. Стереоцилии - это «волосы», торчащие из верхушек внутренних и внешних волосковых клеток. Как акустические сенсоры у млекопитающих, стереоцилии расположены в кортиевом органе внутри улитки внутреннего уха. При слухе стереоцилии преобразуют механическую энергию звуковых волн в электрические сигналы для волосковых клеток, что в конечном итоге приводит к возбуждению слухового нерва. Стереоцилии состоят из цитоплазмы со встроенными пучками поперечно сшитых актиновых нитей. Актиновые филаменты прикрепляются к конечной перепонке и верхней части клеточной мембраны и располагаются по высоте. Когда звуковые волны распространяются в улитке, движение жидкости эндолимфы искривляет стереоцилии. Если направление движения - в сторону более высоких стереоцилий, в звеньях кончиков возникает напряжение, механически открывая каналы трансдукции возле кончиков. Катионы из эндолимфы проникают в клетку, деполяризуя волосковую клетку и вызывая выброс нейромедиаторов в близлежащие нервы, которые посылают электрический сигнал в центральную нервную систему.
В вестибулярной системе стереоцилии расположены в отолитовых органах и полукружных каналах. Волосковые клетки вестибулярной системы немного отличаются от таковых в слуховой системе тем, что вестибулярные волосковые клетки имеют одну самую высокую ресничку, называемую киноцилией. Изгиб стереоцилий в сторону киноцилий деполяризует клетку и приводит к увеличению афферентной активности. Отклонение стереоцилий от киноцилий гиперполяризует клетку и приводит к снижению афферентной активности. В полукружных каналах волосковые клетки находятся в crista ampullaris, а стереоцилии выступают в ампулярную куполу. Здесь все стереоцилии ориентированы в одном направлении. В отолитах волосковые клетки покрыты небольшими кристаллами карбоната кальция, называемыми отокониями. В отличие от полукружных каналов киноцилии волосковых клеток в отолитах не ориентированы в постоянном направлении. Киноцилии указывают на (в мешочке ) или от (в мешочке ) среднюю линию, называемую стриолой.
В улитке сдвигающее движение между текториальной мембраной и базилярной мембраной отклоняет стереоцилии, влияя на натяжение филаментов концевых звеньев, которые затем открывают и закрывают неспецифические ионные каналы. Когда напряжение увеличивается, поток ионов через мембрану в волосковую клетку также увеличивается. Такой приток ионов вызывает деполяризацию клетки, в результате чего возникает электрический потенциал, который в конечном итоге приводит к сигналу для слухового нерва и мозга. Идентичность механочувствительных каналов в стереоцилиях до сих пор неизвестна.
Считается, что каналы трансдукции, связанные со стереоцилиями, лежат на дистальных концах стереоцилий. Отклонения стереоцилий в сторону наиболее высоких стереоцилий приводят к увеличению скорости открытия неспецифических катионных каналов. Это, в свою очередь, вызывает деполяризацию рецептора и приводит к возбуждению афферентов улиткового нерва, которые расположены в основании волосковой клетки. Отклонения стереоцилий в направлении, противоположном самым коротким стереоцилий, вызывают закрытие каналов трансдукции. В этой ситуации волосковые клетки становятся гиперполяризованными, и нервные афференты не возбуждаются.
Волосковые клетки внутреннего уха окружены двумя разными типами жидкости. Эндолимфа является жидкость, которая окружает апикальные поверхности волосковых клеток. Калий является основным катионом в эндолимфе и считается ответственным за перенос рецепторных токов в улитке. Перилимфа окружает стороны и основания волосковых клеток. В перилимфе мало калия и много натрия. Различный ионный состав окружающей жидкости в дополнение к потенциалу покоя волосковой клетки создает разность потенциалов через апикальную мембрану волосковой клетки, поэтому калий проникает, когда открываются каналы трансдукции. Приток ионов калия деполяризует клетку и вызывает высвобождение нейротрансмиттера, который может инициировать нервные импульсы в сенсорных нейронах, которые синапсируют на основе волосковой клетки.
Стереоцилии (вместе со всей волосковой клеткой) у млекопитающих могут быть повреждены или разрушены чрезмерным громким шумом, болезнями и токсинами и не регенерируются. По данным Агентства по охране окружающей среды США, нарушение слуха, вызванное шумом окружающей среды, вероятно, является наиболее распространенным воздействием шума на здоровье. Аномальная структура / организация пучка стереоцилий также может вызывать глухоту и, в свою очередь, создавать проблемы с балансом для человека. У других позвоночных, если волосковая клетка повреждена, поддерживающие клетки делятся и заменяют поврежденные волосковые клетки.
Ген метионинсульфоксидредуктазы B3 (MsrB3), фермент репарации белков, вовлечен в крупномасштабную дегенерацию пучка стереоцилий, а также во многие другие факторы, такие как гестационный возраст и устойчивость растений к холоду. Хотя точный процесс патогенеза неизвестен, он, по-видимому, связан с апоптотической гибелью клеток. Исследование, основанное на сплайсинге морфолино с целью подавления экспрессии MsrB3 у рыбок данио, показало более короткие, тонкие и скученные реснички, а также небольшие, неправильно расположенные отолиты. Несколько стереоцилий также подверглись апоптозу. Инъекция мРНК MsrB3 дикого типа устраняет слуховой дефицит, что позволяет предположить, что MsrB3 помогает предотвратить апоптоз.
Другой ген, DFNB74, был замечен как ген, участвующий в рецессивной потере слуха. Потеря слуха на основе DFNB74 может быть связана с митохондриальной дисфункцией. Глухота на основе DFNB74 и MsrB3 может быть связана друг с другом. Исследования этих генов основаны на семьях с рецессивной глухотой, и несколько неродственных семей с этой глухотой имеют мутации как в DFNB74, так и в MsrB3.
Поврежденные или аномальные стереоцилии, которые являются результатом генетических мутаций, часто вызывают потерю слуха и другие осложнения и могут передаваться детям. В недавнем исследовании исследователи изучали мышей, унаследовавших мутировавший ген волосковой клетки, называемый вихрем, который приводит к более коротким и толстым стереоцилии, которые организованы в дополнительные ряды и часто отмирают после рождения. В настоящее время не существует методов лечения или восстановительных мер для замены таких дефектных волосковых клеток у людей. Чтобы исправить эту мутацию, исследователи ввели генную терапию, содержащую исправленный ген, во внутреннее ухо мышей с генетической мутацией. Терапия восстановила стереоцилии до нормальной длины и устранила дополнительные ряды стереоцилий у новорожденных мышей. Несмотря на восстановление волосковых клеток, у обработанных мышей Whirler не было признаков улучшения слуха после тестирования через один месяц и после трех месяцев лечения. Дальнейшие исследования направлены на то, чтобы понять, почему восстановление стереоцилий не улучшило слух у мутировавших мышей.
Звук выше определенного уровня децибел может вызвать необратимое повреждение стереоцилий внутреннего уха. Новое исследование показало, что повреждения можно обратить вспять, если мы сможем восстановить или воссоздать некоторые белки в стереоцилиях. В этом исследовании ученые использовали рыбок данио для изучения движения белков в живых ушных клетках с помощью конфокального микроскопа. Это показало, что белки в стереоцилиях перемещаются быстро, указывая на то, что перемещение белков внутри волосковых клеток может быть очень важным фактором для поддержания целостности пучков волос во внутреннем ухе. Дальнейшие исследования показали, что миозин и актин, два белка, которые важны для движения клеток, перемещаются очень быстро. Fascin 2b, белок, участвующий в перекрестном связывании актина, движется еще быстрее. Постоянное движение белков внутри клеток, наряду с заменой и корректировкой, помогает клеткам восстанавливать повреждения. Быстрое движение этих белков изменило наше понимание стереоцилий и указывает на то, что белки внутри стереоцилий не являются неподвижными и статичными. Дальнейшие исследования надеются изучить изменение динамики белка для восстановления функции слуха человека после повреждения.
