Stereocilia (ucho wewnętrzne) - Stereocilia (inner ear)

Stereocilia ucha wewnętrznego żaby.

W uchu wewnętrznym , rzęski są organelle mechanosensing z komórek słuchowych , które reagują na ruch płynu w wielu rodzajów zwierząt do różnych funkcji, w tym słuchu i równowagi. Mają około 10–50 mikrometrów długości i mają podobne cechy jak mikrokosmki . Komórki rzęsate zamieniają ciśnienie płynu i inne bodźce mechaniczne w bodźce elektryczne za pośrednictwem wielu mikrokosmków tworzących pręciki stereocilia. Stereocilia występuje w układzie słuchowym i przedsionkowym .

Morfologia

Przypominając występy przypominające włosy, stereocilia są ułożone w wiązki po 30-300. W wiązkach stereocilia są często ułożone w kilku rzędach o rosnącej wysokości, podobnie jak w klatce schodowej. W rdzeniu tych włosowatych stereocilia znajdują się sztywne usieciowane włókna aktynowe , które mogą odnawiać się co 48 godzin. Te włókna aktynowe skierowane są ku dodatnim końcom na końcach stereocilia, a ich ujemne końce u podstawy i mogą mieć do 120 mikrometrów długości. Struktury włókienkowe, zwane ogniwami końcowymi, łączą końce stereocilii w sąsiednich rzędach w wiązkach. Końcówki składają się z prawie pionowych cienkich włókien, które biegną w górę od górnego końca krótszej stereocilii do jej wyższego sąsiada. Połączenia końcówki są analogiczne do małych sprężyn, które po rozciągnięciu otwierają selektywne kanały kationowe , umożliwiając w ten sposób przepływ jonów przez błonę komórkową do komórek rzęsatych. Są również zaangażowani w przenoszenie siły w wiązce i utrzymaniu struktury wiązki włosów.

Ścieżka słuchowa

Przekrój spiralny organ Cortiego, powiększony. Stereocilia to „włosy” wystające z wierzchołków wewnętrznych i zewnętrznych komórek rzęsatych .

Jako czujniki akustyczne u ssaków stereocilia znajdują się w narządzie Cortiego w ślimaku ucha wewnętrznego. W słyszeniu stereocilia przekształca energię mechaniczną fal dźwiękowych w sygnały elektryczne dla komórek rzęsatych, co ostatecznie prowadzi do pobudzenia nerwu słuchowego . Stereocilia składa się z cytoplazmy z osadzonymi wiązkami usieciowanych włókien aktyny . Włókna aktynowe zakotwiczają się w końcowej wstędze i na górze błony komórkowej i są ułożone według stopnia wysokości. Gdy fale dźwiękowe rozchodzą się w ślimaku, ruch płynu endolimficznego powoduje zakrzywienie stereocilii. Jeśli kierunek ruchu jest w kierunku wyższych stereocilii, w połączeniach końcówek rozwija się napięcie, mechanicznie otwierając kanały transdukcyjne w pobliżu końcówek. Kationy z endolimfy wpływają do komórki, depolaryzując komórkę włosa i wyzwalając uwalnianie neuroprzekaźników do pobliskich nerwów, które wysyłają sygnał elektryczny do ośrodkowego układu nerwowego.

Droga przedsionkowa

W układzie przedsionkowym stereocilia zlokalizowana jest w narządach otolitycznych i kanałach półkolistych . Komórki rzęsate w układzie przedsionkowym różnią się nieco od komórek rzęsatych w układzie słuchowym, ponieważ komórki rzęsate przedsionkowe mają jedną najwyższą rzęskę, zwaną kinocilium . Wygięcie stereocilii w kierunku kinocilium depolaryzuje komórkę i powoduje zwiększoną aktywność aferentną . Odgięcie stereocilii od kinocilium powoduje hiperpolaryzację komórki i powoduje zmniejszenie aktywności aferentnej. W kanałach półkolistych komórki rzęsate znajdują się w crista ampullaris , a stereocilia wystają do błony ampułkowej . Tutaj stereocilia są zorientowane w tym samym kierunku. W otolitach komórki rzęsate są zwieńczone małymi kryształkami węglanu wapnia zwanymi otokonią . W przeciwieństwie do kanałów półkolistych, kinocilia komórek rzęsatych w otolitach nie jest zorientowana w stałym kierunku. Kinocilia jest skierowana w stronę (w łagiewce ) lub z dala od (w worku ) środkowej linii zwanej prążkowicą.

Przetwarzanie mechanicznoelektryczne

W ślimaku ruch ścinający między błoną tektorialną a błoną podstawną powoduje odchylenie stereocilii, wpływając na napięcie włókien łącznikowych, które następnie otwierają i zamykają niespecyficzne kanały jonowe. Wraz ze wzrostem napięcia zwiększa się również przepływ jonów przez błonę do komórki włosa. Taki napływ jonów powoduje depolaryzację komórki, co skutkuje potencjałem elektrycznym, który ostatecznie prowadzi do sygnału dla nerwu słuchowego i mózgu. Tożsamość kanałów wrażliwych na mechanizmy w stereocilii jest nadal nieznana.

Uważa się, że kanały transdukcyjne związane ze stereocilią leżą na dalszych końcach stereocilii. Odchylenia stereocilii w kierunku najwyższych stereocilii prowadzą do zwiększonego tempa otwierania nieswoistych kanałów kationowych. To z kolei powoduje depolaryzację receptora i prowadzi do pobudzenia aferentów nerwu ślimakowego, które znajdują się u podstawy komórki rzęsatej . Odchylenie stereocilii w kierunku przeciwnym do najkrótszej stereocilii powoduje zamknięcie kanałów transdukcyjnych. W tej sytuacji komórki rzęsate ulegają hiperpolaryzacji, a nerwy doprowadzające nie są podekscytowane.

Istnieją dwa różne rodzaje płynów otaczających komórki rzęsate ucha wewnętrznego. Endolimfy jest płyn, który otacza górne powierzchnie komórek włosów. Potas jest głównym kationem w endolimfie i uważa się, że jest odpowiedzialny za przenoszenie prądów receptorowych w ślimaku . Peryfa znajduje się wokół boków i podstaw komórek rzęsatych. Perilymph ma niską zawartość potasu i wysoką zawartość sodu . Różne składy jonowe otaczającego płynu, oprócz potencjału spoczynkowego komórki włoskowatej, powodują różnicę potencjałów w błonie szczytowej komórki rzęsatej, więc potas dostaje się, gdy kanały transdukcyjne są otwarte. Napływ jonów potasu powoduje depolaryzację komórki i powoduje uwolnienie neuroprzekaźnika, który może zainicjować impulsy nerwowe w neuronach czuciowych, które mają synapsę u podstawy komórki rzęsatej.

Zniszczenie stereocilii

Stereocilia (wraz z całością komórki włosowatej) u ssaków może zostać uszkodzona lub zniszczona przez nadmierne głośne dźwięki , choroby i toksyny i nie podlega regeneracji. Według Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska, upośledzenie słuchu spowodowane hałasem środowiskowym jest prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnionym skutkiem zdrowotnym hałasu . Nieprawidłowa struktura / organizacja wiązki stereocilii może również powodować głuchotę, a to z kolei powodować problemy z równowagą u jednostki. U innych kręgowców, jeśli komórka włoskowata zostanie uszkodzona, komórki wspierające podzielą się i zastąpią uszkodzone komórki rzęsate.

Badania genetyczne

Gen reduktazy sulfotlenku metioniny B3 (MsrB3), enzym naprawczy białek, jest powiązany z degeneracją wiązek stereocilia na dużą skalę, a także z wieloma innymi czynnikami, takimi jak wiek ciążowy i tolerancja roślin na zimne środowisko. Chociaż dokładny proces patogenezy nie jest znany, wydaje się, że ma to związek z apoptotyczną śmiercią komórki. Badanie opiera się na spawów Morfoliny do down-regulacji ekspresji MsrB3 w danio pokazał krótsze, cieńsze i bardziej zatłoczone rzęsek , a także małe, niesłuszna otoliths . Kilka stereocilii również uległo apoptozie . Wstrzyknięcie mRNA MsrB3 typu dzikiego uratowało ubytki słuchowe, co sugeruje, że MsrB3 pomaga zapobiegać apoptozie .

Inny gen, DFNB74, został zaobserwowany jako gen odpowiedzialny za recesywną utratę słuchu. Utrata słuchu oparta na DFNB74 może być związana z dysfunkcją mitochondriów . Głuchota oparta na DFNB74 i MsrB3 może być ze sobą spokrewniona. Badania nad tymi genami opierają się na rodzinach z recesywną głuchotą, a wiele niespokrewnionych rodzin z tą głuchotą ma mutacje zarówno na DFNB74, jak i MsrB3.

Uszkodzone lub nieprawidłowe stereocilia, które są wynikiem mutacji genetycznych, często powodują utratę słuchu i inne komplikacje i mogą być przenoszone na dzieci. W ostatnich badaniach naukowcy zbadali myszy, które odziedziczyły zmutowany gen komórek włosa zwany wirem, co prowadzi do krótszych i grubszych stereocilii, które są zorganizowane w dodatkowych rzędach i które często wymierają po urodzeniu. Nie istnieją obecnie żadne terapie ani środki naprawcze, które mogłyby zastąpić takie wadliwe komórki rzęsate u ludzi. Aby skorygować tę mutację, naukowcy wstrzyknęli terapię genową zawierającą skorygowany gen do ucha wewnętrznego myszy z mutacją genetyczną. Terapia przywróciła stereocilie do normalnej długości i wyeliminowała dodatkowe rzędy stereocilii u nowonarodzonych myszy wirowych. Pomimo odbudowy komórek rzęsatych, leczone myszy wirowe nie wykazywały żadnych oznak poprawy słuchu po badaniu po miesiącu i po trzech miesiącach leczenia. Dalsze badania mają na celu wyjaśnienie, dlaczego przywrócenie stereocilii nie poprawiło zdolności słuchowych zmutowanych myszy.

Obecne badania

Dźwięk powyżej określonego poziomu decybeli może spowodować trwałe uszkodzenie stereocilii ucha wewnętrznego. Nowe badania wykazały, że uszkodzenie można prawdopodobnie odwrócić, jeśli uda nam się naprawić lub odtworzyć niektóre białka w stereocilii. W tym badaniu naukowcy wykorzystali danio pręgowanego do zbadania ruchu białek w żywych komórkach ucha za pomocą mikroskopu konfokalnego . To pokazało, że białka w stereocilia poruszają się szybko, co wskazuje, że ruch białek w komórkach rzęsatych może być bardzo ważnym czynnikiem dla utrzymania integralności wiązek włosów w uchu wewnętrznym. Dalsze badania wykazały, że miozyna i aktyna , dwa białka ważne dla ruchu komórek, poruszają się bardzo szybko. Fascyna 2b, białko zaangażowane w sieciowanie aktyny, porusza się jeszcze szybciej. Stały ruch białek w komórkach, wraz z wymianą i ponownym dostosowaniem, pomaga komórkom w naprawie uszkodzeń. Szybki ruch tych białek zmienił nasze rozumienie stereocilii i wskazuje, że białka w stereocilii nie są nieruchome i statyczne. Dalsze badania mają na celu zbadanie manipulowania dynamiką białek w celu przywrócenia ludzkiego słuchu po uszkodzeniu.

Bibliografia