Согласно новому исследованию школы медицины Университета Кейс Вестерн Резерв (Case Western Reserve University), механизмы восприятия звука человеческим ухом и движения воды боковой линией рыб аналогичны. Исследователи обнаружили ген, который экспрессируется в клетках боковой линии данио и участвует в преобразовании движений воды в электрические импульсы. Эти импульсы затем отправляются в мозг для обработки. Он позволяет данио воспринимать направление движения воды, а также помогает клеткам внутри человеческого уха воспринимать целый ряд звуков.

——
Anterior–posterior (A–P) — Передне-заднее направление
Dorsal-ventral (D-V) — Дорсо-вентральное направление (сверху вниз).
——

Восприятие движения воды боковой линией происходит за счет механорецепторного комплекса на кончике стереоцилий. Эта сенсорная система состоит из нейромастов, участков волосковых клеток с пучками стереоцилий. Нейромасты выстроены как зеркальное морфологическое отражение, воспринимающее стимулы с противоположной стороны тела. В исследовательской работе обнаружена различная потребность механорецепторов боковой линии данио в белке Tmc2b (трансмембранный канального типа 2b). Несмотря на одинаковую морфологию волосковых клеток нейромастов, по экспрессии в них гена Tmc2b выделяют три класса клеток. Авторы использовали сканирование и электрофизилогические методы для определения зависимости расположения нейромастов и ориентации узлов волосковых клеток от экспрессии гена Tmc2b. На основе полученных данных они построили карту механорецепторов вдоль боковой линии данио. Таким образом, показано, что молекулярные механизмы в волосковых клетках отдельных нейромастов отличаются. Более того, волосковые клетки одного нейромаста могут нарушать морфологическую симметрию органа чувств на кончике стереоцилий.

Мутации гена Tmc2b становятся причиной глухоты у людей. Волосковые клетки данио находятся не только во внутреннем ухе, но и вдоль всего тела, что позволяет чувствовать движение воды. На поверхности туловища данио они ориентированы в разные стороны, поэтому воспринимают движение воды вокруг них. Однако, новое исследование показало, что эти клетки, смотрящие в разные стороны, не идентичны, как считалось ранее, в каждой экспрессия гена несколько отличается.

Доктор Brian McDermott, доцент кафедры отоларингологии школы медицины Университета Кейс Вестерн Резерв и университетского госпиталя кливлендского медицинского центра (University Hospitals Cleveland Medical Center) отмечает: «Мы обнаружили, что восприятие движения воды со стороны головы рыбы больше зависит от гена tmc2b, чем восприятие движения со стороны хвоста. Движение воды в направлении от головы рыбы всегда сопровождает плывующую рыбу, поэтому это обычное явление. Но движение со стороны хвоста может означать, что за ней гонится хищник. Поэтому для определения направления движения воды данио используют различные молекулярные механизмы.»

McDermott и доктор Ruben Stepanyan, доцент кафедры отоларингологии школы медицины Университета Кейс Вестерн Резерв, опубликовали результаты своего исследования в Nature Communications. Исследование полностью посвящено механотрансдукции, то есть тому, как волосоковые клетки воспринимают механические звуковые волны или, в данном случае, водяные волны и преобразуют их в сигналы мозга. Группа доктора McDermott обнаружила, что волосковые клетки на коже данио используют различные гены механотрансдукции, как, например, tmc2b, в зависимости от ориентации этих клеток. «Не все волосковые клетки одинаковы. Они отличаются в зависимости от того, в каком направлении смотрят, и это является ключевым фактором для определения направления движения воды», — сказал McDermott. Исследование выделяет ген tmc2b в качестве основного в механотрансдукции. Он необходим для передачи сигналов от волосковых клеток к мозгу, что в свою очередь объяснило бы его роль в генетической глухоте. «Результаты наших исследований напрямую связаны с человеческим слухом. Мы изучали ген данио, который аналогичен человеческому гену, вызывающему глухоту, и здесь показываем, что порок развития отмечается в процессе механотрансдукции», — сказал он.

Ученые использовали результаты своего исследования для создания «механосенсорной карты» волосковых клеток рыбок данио. На карте показано, как расположение и направление волосковой клетки связаны с ее способностью чувствовать движение воды. Она также показывает, насколько различным клеткам требуется ген глухоты tmc2b, или как они могут функционировать независимо от него. Карта дает информацию для будущих исследований, связанных с механотрансдукцией человеческих волосковых клеток и причинами генетической глухоты.

McDermott сказал: «Волосковые клетки данио особенно легко использовать для экспериментов, в отличие от волосковых клеток внутреннего уха млекопитающих, что является их преимуществом. Вы можете изучать развитие и функционирование неповрежденных волосковых клеток рыб на более высоком уровень, чем аналогичных клеток уха млекопитающих. Наши выводы предполагают, что у млекопитающих, включая людей, могут быть молекулярные различия между волосковыми клетками, которые позволяют слышать чудесный диапазон звуков, доставляющих удовольствие.»

——
www.nature.com/articles/s41467-017-01604-2
www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171221133653.htm