Neuron | 闫致强团队确立听觉首要机械力门控离子通道，五种感觉受体的最后一个谜团被解开

责编丨兮

听力是人类的主要感官之一。人类对声音的感知始于内耳中的柯蒂氏器（Corti organ）。柯蒂氏器中含有超过16000个毛细胞，而将声音由机械信号转换为电信号的机械传导通道即被认为定位于毛细胞上呈阶梯状排列的毛细胞发束(hair cell bundle)上（图1）。亚里士多德定义的五种感官中，介导嗅觉、味觉、视觉、触觉的受体基因早已被相继确定，两位美国科学家（Richard Axel和Linda B.Buck）也曾因发现气味受体和嗅觉系统的组织方式而获得了2004年诺贝尔生理学或医学奖。但是，人们对第五种感官，即听觉转导的分子机制却一直所知无多，尤其是人类对声音感知的核心——负责听觉转导的离子通道的分子特征。

图1

早先的研究已通过遗传学方法阐释了编码跨膜通道样蛋白的TMC1与TMC2基因对小鼠听力的重要性。TMC1和TMC2最早在耳聋患者中被发现，是毛细胞机械转导电流所必需的蛋白。在小鼠中，TMC1突变则会改变其机械敏感电流的特性。TMC1和TMC2均在毛细胞中表达，并位于发生机械转导的静纤毛(stereocilia)尖端。然而，TMC1和TMC2蛋白是否是离子通道以及TMC1和TMC2是否为机械力门控却一直不清楚。

2019年，复旦大学生命科学学院闫致强教授实验室和Motoyuki Hattori团队联合东京大学Osamu Nureki团队在Neuron杂志上发表了题为TMC1 and TMC2 proteins 1 are pore-forming subunitsof 2 mechanosensitive ion channels的文章，确认TCM1/2为位于耳蜗毛细胞中真正的听觉转导离子通道，解决了一个已困扰听觉领域40年的问题。

研究过程中发现，TMC蛋白在昆虫细胞中表达时难以被运输到细胞膜上，导致其电生理特征难以被正常记录。为了克服这一技术难题，闫志强团队另辟蹊径，将纯化所得的TMC1和TMC2蛋白质进行脂质体重组，体外探究TMC蛋白质是否确实作为离子通道发挥功能。为进行体外重建，该团队使用正交筛选，通过基于荧光检测体积排阻色谱的热稳定性检验(fluorescence-detection size-exclusionchromatography-based thermostability assay, FSEC-TS)筛选了来自21种不同物种的TMC蛋白。其中，来自绿海龟(Cheloniamydas)的TMC1（CmTMC1）与来自虎皮鹦鹉(Melopsittacusundulates)的TMC2（MuTMC2）能够在昆虫细胞中高表达。

在随后的脂质体重组实验中，该团队发现TMC蛋白的确具有离子通道活性，表现为外加电压能够造成蛋白孔道自发打开，产生电流。进一步，通过使用高速压力钳(high-speed pressure clamp, HSPC)对重组CmTMC1和MuTMC2通道施加压力，发现二者均可以直接响应机械力，且响应电流强度与单通道打开概率随所施压力增加而增加。另一方面，研究基于导致小鼠失聪的Tmc1突变体蛋白构建了数个保守氨基酸突变的CmTMC1点突变蛋白。体外脂质体重建与功能性实验表明，这些突变体蛋白或具有离子通道活性缺陷，或具有机械响应缺陷。

虽然该团队的研究主要集中于CmTMC1和MuTMC2，但其与小鼠的TMC1和TMC2蛋白具有高度进化的保守性。这表明在哺乳动物中，TMC1/2很可能也是离子通道，并且同样能够响应机械力。此外，TCM1/2尚与人类听力损伤密切相关。这些证据最终确定了TMC1/2的确是科学家们寻找已久的耳蜗毛细胞中的听觉转导离子通道，五种感官受体的最后一个谜团终于被解开。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.10.017