科学家表示，他们已经结束了对传感器蛋白难以识别的40年追求，这种传感器蛋白负责听力和平衡。
 
结果显示，2002年发现的蛋白质TMC1形成一个声音和运动激活的毛孔，可以将声音和头部运动转换成传递到大脑的神经信号--一种能够实现听觉和平衡的信号级联。
 
科学家早就知道，当我们内耳中的细小细胞检测到声音和运动时，它们会将它们转换成信号。这种转变发生的地点和方式一直是激烈的科学争论的主题。作者说，不多了。
 
“对这种传感器蛋白的研究导致了许多死胡同，但我们认为这一发现终结了这一追求，”该研究的共同资深作者，哈佛医学院转化医学科学Bertarelli教授David Corey说。
 
“我们相信我们的研究结果可以很好地解决这个问题，并且可以证明TMC1是将声音和运动转化为大脑可以理解的电信号的关键分子传感器，”共同资深作者杰弗里霍尔特说，哈佛医学院耳鼻喉科学教授波士顿儿童医院的神经病学专业。“这确实是听证会的守门人。”
 
研究人员表示，他们的研究结果为精确靶向治疗奠定了基础，可以治疗TMC1分子门畸形或缺失时发生的听力损失。
 
听力丧失是最常见的神经系统疾病，影响全球超过4.6亿人。
 
霍尔特说：“为了设计听力损失的最佳治疗方法，我们需要知道发生致病性故障的分子及其结构，我们的发现是朝这个方向迈出的重要一步。”
 
感官-视觉，触觉，味觉，疼痛，嗅觉和听觉-帮助动物在世界中航行并在其中生存。将感觉输入转换为传递到大脑进行分析和解释的信号是这一过程的核心。
 
已经确定了大多数感官的“分子转换器”。然而，用于听觉的那个仍然是难以捉摸的，部分原因是由于内耳的难以进入的解剖位置-在人体最密集的骨骼内-并且部分是由于可用于检索的相对较少的听觉细胞，解剖和成像。人类视网膜有一亿个感觉细胞，而人类内耳中只有少数16,000个感觉细胞。
 
早在19世纪，科学家们就知道位于内耳的细胞-称为毛细胞，用于表面上的刷毛状簇-起到了听觉的作用。舞台由瑞典医生和解剖学家Gustaf Retzius于19世纪后期设定，他详细描述了内耳的结构和细胞构成。
 
在20世纪70年代阐明了从内耳到大脑的信号传播的基础知识。科学家证明，毛细胞膜中的蛋白质可以打开，允许带电的离子如钙和钾的流入。一旦进入细胞内，这些离子就会启动信号传递到大脑。
 
继2002年发现TMC1基因后，对其作用的研究已经持续了近十年。2011年，由Holt领导的团队证明TMC1是毛细胞听觉转导所必需的。这一发现引发了一场关于TMC1发挥的确切作用的激烈辩论：它是一个核心角色还是支持演员的一部分？霍尔特说，这场辩论现在已经搁置。
 
在最初的一组实验中，研究小组发现TMC1蛋白成对组装形成声音激活的孔或离子通道。鉴于大多数离子通道蛋白形成三至七个单元的簇，TMC1的简约配对令人惊讶。它还为其结构提供了有用的线索。
 
接下来，为了绘制TMC1蛋白的分子结构，科学家转向计算机预测建模。这些模型通过基于具有已知结构的近亲的配置来预测蛋白质构建块的最可能排列来工作。该算法揭示了TMC1与已知结构最接近的亲缘关系是一种称为TMEM16的蛋白质。
 
每种蛋白质的功能都取决于其结构-氨基酸的特定序列和排列，蛋白质的构建模块。TMEM16的氨基酸排列为TMC1产生了可能的氨基酸模型。
 
但是为了验证模型的准确性并确定声音激活毛孔的精确位置，研究人员不得不将他们的模型从数字领域中移出并进入小鼠活毛细胞的真实世界。
 
研究人员用17个氨基酸替代-一次一个-研究每个单一替代是否以及如何改变细胞对声音的响应能力以及允许离子流动的能力。
 
在17个氨基酸取代中，11个改变了离子的流入，5个显着改变了离子流，与非修饰细胞相比，离子流量减少了80％。一个特定的替代物完全阻止钙流入，这一发现证实了通常允许钙和钾流入以引发信号传递的孔的精确位置。
 
Corey说，这种方法类似于工程师可能会弄清楚引擎的每个部分如何工作。
 
“像汽车发动机一样，头发细胞是复杂的机器，需要在运行时进行研究，”科里说。“你无法弄清楚活塞或火花塞是如何工作的。你必须修改零件，将其放回发动机中，然后测量它对性能的影响。”
 
TMC1存在于哺乳动物，鸟类，鱼类，两栖动物和爬行动物中-这是工作中进化保护的标志。
 
霍尔特说：“进化已经在所有脊椎动物物种中保存了这种蛋白质这一事实强调了它对生存的重要性。”
 
例如，听到声音并将其含义区分为威胁或仅仅是滋扰的能力对于生物生存至关重要-想想听到熊在树林中接近的声音。但在许多较高的物种中，听觉对于社交联系和互动也很重要-认为识别不同的声音或语音模式和语调的变化。检测语调变化的极其复杂的能力始于在TMC1中打开一个微小的分子门。
 
“我们现在知道，TMC1形成了能够在从鱼类到鸟类到人类的动物中进行声音检测的孔隙，”科里说。“这真的是让我们听到的蛋白质。”