視覺和其他受體工作的分子機制已經確定,但聽覺方面的工作直到最近才完成。科學家們花了幾年時間和數以千萬計的蠕蟲來弄清楚 TMS-1 蛋白的結構,這種蛋白可以感知聲學振動。
在我們聽到聲音之前,聲波會導致耳膜振動。通過幾根細小的骨頭,這些運動被傳遞到內耳充滿液體的結構。毛細胞感知流體振動,毛細胞刺激神經元並觸發通過神經系統的信號傳輸。毛細胞可以被稱為整個方案的關鍵部分:它們充當聽覺系統的受體。但是,如果將視覺和其他受體的工作研究到分子水平,那麼對於聽覺來說,它仍然是一個謎。
跨膜通道樣蛋白(Transmembrane Channel-Like Proteins,TMC)在毛細胞工作中起關鍵作用:它們捕獲機械振動,觸發神經系統中電信號的發生。最近,來自俄勒岡健康與科學大學的科學家們設法確定了 TMC1 蛋白的分子結構到最近的原子。Eric Gouaux 及其同事的文章發表在《自然》雜誌上。
該系統的分子機制在不同動物中高度保守且幾乎相同。因此,為了獲得 TMC1 蛋白,生物學家使用了秀麗隱桿線蟲。科學家們花了五年多的時間才分離出工作所需的蛋白質量,在此期間他們生長並使用了大約 6000 萬條線蟲。使用冷凍電子顯微鏡檢查純蛋白質製劑以闡明 TMS-1 的分子結構。
TMS-1 的分子結構以高達 3.1 埃的分辨率測定
TMS-1是一種跨膜蛋白,可以穿透細胞膜。它是由一對相同的塊組成的二聚體。每個二聚體包括一個在膜上形成孔的 TMS-1 關鍵結構域,以及一個與細胞內 TMS-1 相關的 CALM-1 鈣結合結構域。最後,一個小的 TMIE 結構域連接到外圍的分子上——根據作者的說法,「類似於手風琴手柄」。細胞膜的機械變形使整個系統投入運行,導致鈣離子流入細胞。這導致它釋放神經遞質並刺激聽覺神經元的活動。
「神經科學幾十年來一直在等待這些結果,」聽力機制的著名研究員彼得巴爾-吉萊斯皮說。既然我們知道了聲音的感知是如何在分子水平上安排的,那麼科學家和醫生在治療先天性和後天性耳聾方面開闢了全新的前景。