视觉和其他受体工作的分子机制已经确定,但听觉方面的工作直到最近才完成。科学家们花了几年时间和数以千万计的蠕虫来弄清楚 TMS-1 蛋白的结构,这种蛋白可以感知声学振动。

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在我们听到声音之前,声波会导致耳膜振动。通过几根细小的骨头,这些运动被传递到内耳充满液体的结构。毛细胞感知流体振动,毛细胞刺激神经元并触发通过神经系统的信号传输。毛细胞可以被称为整个方案的关键部分:它们充当听觉系统的受体。但是,如果将视觉和其他受体的工作研究到分子水平,那么对于听觉来说,它仍然是一个谜。

跨膜通道样蛋白(Transmembrane Channel-Like Proteins,TMC)在毛细胞工作中起关键作用:它们捕获机械振动,触发神经系统中电信号的发生。最近,来自俄勒冈健康与科学大学的科学家们设法确定了 TMC1 蛋白的分子结构到最近的原子。Eric Gouaux 及其同事的文章发表在《自然》杂志上。

该系统的分子机制在不同动物中高度保守且几乎相同。因此,为了获得 TMC1 蛋白,生物学家使用了秀丽隐杆线虫。科学家们花了五年多的时间才分离出工作所需的蛋白质量,在此期间他们生长并使用了大约 6000 万条线虫。使用冷冻电子显微镜检查纯蛋白质制剂以阐明 TMS-1 的分子结构。

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TMS-1 的分子结构以高达 3.1 埃的分辨率测定

TMS-1是一种跨膜蛋白,可以穿透细胞膜。它是由一对相同的块组成的二聚体。每个二聚体包括一个在膜上形成孔的 TMS-1 关键结构域,以及一个与细胞内 TMS-1 相关的 CALM-1 钙结合结构域。最后,一个小的 TMIE 结构域连接到外围的分子上——根据作者的说法,“类似于手风琴手柄”。细胞膜的机械变形使整个系统投入运行,导致钙离子流入细胞。这导致它释放神经递质并刺激听觉神经元的活动。

“神经科学几十年来一直在等待这些结果,”听力机制的著名研究员彼得巴尔-吉莱斯皮说。既然我们知道了声音的感知是如何在分子水平上安排的,那么科学家和医生在治疗先天性和后天性耳聋方面开辟了全新的前景。

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