■本報記者黃辛 通訊員肖暖暖
聽覺不僅與人們日常生活緊密相關，也是科學領域的重要研究問題之一。亞里士多德定義的五種感官中，介導嗅覺、味覺、視覺、觸覺的受體基因已被相繼確定。但是，聲音感知的核心問題——負責聽覺轉導的離子通道是由哪個基因編碼的，一直是個謎。
復旦大學生命科學學院教授閆致強團隊、服部素之團隊與東京大學教授濡木理團隊合作，最終確認了TMC1/2為位于耳蝸毛細胞中的真正的聽覺轉導離子通道，解決了困擾聽覺領域近40年的問題。日前，相關研究成果在線發(fā)表于《神經元》。
聽覺轉導中的未解之謎
人類對聲音的感知始于內耳中的柯蒂氏器�？碌偈掀髦泻谐^16000個毛細胞，而將聲音由機械信號轉換為電信號的機械傳導通道被認為位于呈階梯狀排列的毛細胞發(fā)束上。約40年前，科學家記錄了聽覺毛細胞的聽覺轉導電流，然而經過多年的研究，負責聽覺轉導的分子卻一直未能確定，成為聽覺領域一個亟待解決的重要問題。
正如汽車失靈有缺少燃料、方向盤失靈、輪胎爆胎等多種可能原因，聽覺轉導通道也有眾多的候選基因，都有可能影響聽覺轉導，這其中就包括TMC1和TMC2基因。
閆致強介紹，TMC1和TMC2最早在耳聾患者中被發(fā)現(xiàn)，它們是毛細胞機械轉導電流所必需的蛋白，位于發(fā)生機械轉導的靜纖毛尖端，且均在毛細胞中表達。早前的研究已經通過遺傳學方法闡釋了編碼跨膜通道樣蛋白的TMC1與TMC2基因對小鼠聽力的重要性。
“通過之前的研究我們知道，小鼠中TMC1突變會改變其機械敏感電流的特性。但是TMC1和TMC2蛋白是否是離子通道以及是否為機械力門控卻一直不清楚。”閆致強說。
離子通道是各種無機離子跨膜被動運輸的通路，被動運輸順離子濃度梯度從高向低流；而門控像開關門一樣，有一個把關的過程。“什么時候打開門、打開門讓什么物質進入，這是門控的兩個特性。”閆致強說。
另辟蹊徑進行脂質體重組
研究人員發(fā)現(xiàn)，TMC蛋白在培養(yǎng)的細胞中表達時，難以被運輸到細胞膜上，導致其電生理特征難以被正常記錄。為克服這一技術難題，他們另辟蹊徑，將純化所得的TMC1和TMC2蛋白質進行脂質體重組，體外探究TMC蛋白質是否確實作為離子通道發(fā)揮功能。
“簡單理解，脂質體重組就是我們運用人工的方法制作一個‘細胞’，它擁有和細胞同樣的雙層膜結構，然而又不同于真正的細胞，因此就稱其為脂質體重組。”閆致強說。
為進行體外重建，團隊使用正交篩選，通過基于熒光檢測體積排阻色譜的熱穩(wěn)定性檢驗（FSEC-TS），篩選了來自21種不同物種的TMC蛋白。其中，來自綠海龜的TMC1（CmTMC1）與來自虎皮鸚鵡的TMC2（MuTMC2）能在昆蟲細胞中高純度表達。
“基因表達是指將來自基因的遺傳信息合成功能性基因產物的過程，主要包括轉錄和翻譯等環(huán)節(jié)。”閆致強告訴《中國科學報》，這好比在不同的地里種麥子，有的產量高、有的產量低，有的甚至都長不出來，“基因表達類似，也分高表達、低表達和不表達的情況。做實驗時我們希望表達量高、純度好”。
明確聽覺轉導的離子通道
研究人員發(fā)現(xiàn)TMC蛋白的確具有離子通道活性，表現(xiàn)為外加電壓能夠造成蛋白孔道自發(fā)打開，產生電流。通過使用高速壓力鉗對重組CmTMC1和MuTMC2通道施加壓力，他們發(fā)現(xiàn)二者均可以直接響應機械力，且響應電流強度與單通道打開概率隨所施壓力增加而增加。
同時，研究者基于導致小鼠失聰的Tmc1突變體蛋白，構建了數個保守氨基酸突變的CmTMC1點突變蛋白。體外脂質體重建與功能性實驗表明，這些突變體蛋白或具有離子通道活性缺陷，或具有機械響應缺陷。
雖然團隊的研究主要集中于CmTMC1和MuTMC2，但其與小鼠的TMC1和TMC2蛋白具有高度進化的保守性。“也就是說，基本可以認為在CmTMC1和MuTMC2發(fā)現(xiàn)的研究結果，同樣適用于小鼠的TMC1和TMC2蛋白。在這方面，小鼠與人是非常相似的。這表明在哺乳動物中，TMC1/2很可能也是離子通道，并且同樣能夠響應機械力。此外，TMC1/2還與人類聽力損傷密切相關。”閆致強補充說。
“研究明確了聽覺轉導的離子通道，在醫(yī)學研究方面，有助于進一步探索聽覺受損的治療機制，治療案例的累積也能幫助發(fā)現(xiàn)新的突變。”閆致強表示，團隊還將在新生兒聽力遺傳缺陷的機理研究及其預防、診斷和治療方面繼續(xù)做出努力。
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