Как звуковые волны в ухе переходят в нервные импульсы

Ученые определили белок, который открывает ионные каналы.

Исследователи из Рокфеллеровского университета (США) обнаружили, что протеин протокадерин 15 (PCDH15) ответственен за открытие ионных каналов во внутреннем ухе. Он же регулирует восприятие громкости звука. Результаты они представили на 63-й ежегодной встрече биофизического общества в Балтиморе.

Восприятие звука у человека происходит в кортиевом органе, который располагается внутри перепончатого лабиринта улитки во внутреннем ухе. Внутри кортиевого органа — так называемые волосковые клетки. Они представляют собой рецепторы слуховой системы и вестибулярного аппарата. На них базируются нити стереоцилий, которые имеют разную длину и обычно сгруппированы в порядке увеличения высоты, подобно лестнице. Нити соединяют наконечники (tip links). Все это погружено в вязкую жидкость под названием эндолимфа.

Когда звуковая волна попадает в ухо, она тревожит эндолимфу. Из-за этого возникает волновой эффект, который воздействует на волосковые клетки и стереоцилии. В наконечниках возникает натяжение, после чего происходит открытие ионных каналов. Ионы кальция вызывают высвобождение нейромедиаторов, а те, в свою очередь, порождают потенциалы в нервных клетках. Оставался открытым вопрос, как наконечники открывают ионные каналы? Биологи подозревали, что в этом процессе участвует белок, но не знали какой. Ученые из Рокфеллеровского университета определили, что это протокадерин 15.

Кортиев орган, зеленым обозначены волосковые клетки

Принцип действия объяснил один из авторов работы Тобиас Барч (Tobias Bartsch):

«Дело в том, что для этих целей нужна мягкая пружина, которая через гибкие и постепенные изменения в ионных каналах могла бы интерпретировать диапазон шумов. Если пружина слишком мягкая, она не будет достаточно сильной, чтобы открывать ионные каналы, а значит, и сигнал к мозгу не пройдет. Если пружина слишком жесткая, то и малые, и большие стимулы будут воздействовать с той же силой, и вы не сможете различать амплитуды. Предыдущие работы игнорировали тот факт, что этот белок находится в теплой и влажной жидкости, а эти факторы влияют на его свойства».

По словам Барча, когда он и его коллеги построили модель, учитывающую температуру и влагу, они заметили, что протокадерин 15 вел себя как мягкая пружина при слабом натяжении наконечников и как жесткая — при сильном. Так они показали, как один белок способен регулировать спектр звукового восприятия.