研究人员发现内耳尖环再生的两步机制
由美国国家卫生研究院支持的一组研究人员首次在小鼠身上发现，在内耳尖连接的生长和再生过程中发生了一个意想不到的两步过程。尖链是连接静纤毛的细胞外链，静纤毛是内耳毛细胞上微小的感觉投射，可以将声音转换成电信号，在听力中起着关键作用。这一发现为潜在的干预提供了一种可能的机制，可以保护听力损失是由与尖端连接功能障碍相关的遗传疾病引起的人的听力。这项工作得到了国家耳聋和其他交流障碍研究所(NIDCD)的支持，该研究所是美国国立卫生研究院的一个组成部分。
该研究结果发表在2013年6月11日的《美国医学杂志》网络版上公共科学图书馆生物学．这项研究的资深作者是肯塔基大学列克星敦分校医学院的副教授Gregory I. Frolenkov，他的同事Artur A. Indzhykulian博士是主要作者。
静纤毛是一束刚毛状的突出物，从顶部延伸感觉细胞,被称为毛细胞在内耳。每个静纤毛束排列成三排，从低到高，像楼梯一样。尖链是将较短的静纤毛的尖端与后面较高的静纤毛的一侧连接起来的微小的线状链。当声音振动进入内耳，由尖端连接的静纤毛都向同一侧倾斜，并打开特殊的通道，称为机械传导通道。这些孔隙状的开口允许钾和钙离子进入毛细胞并启动一个电信号，最终传递到大脑，在那里它被解释为声音。
这些发现建立在NIDCD和其他实验室最近的一些发现的基础上，这些实验室仔细绘制了尖端链接的结构和功能以及组成它们的蛋白质。早期的研究表明，尖端连接由两种蛋白质组成——cadherin-23 (CDH23)和原cadherin-15 (PCDH15)——它们连接起来形成连接，PCDH15位于尖端连接的底部，位于机械传导通道的位置，CDH23位于顶端。科学家们认为，一旦这两种蛋白质结合在一起，组装是静态和稳定的。
提示链接很容易打破暴露在噪音。但与人类无法再生的毛细胞不同的是，尖链能在几小时内自我修复。耳尖连接的断裂和再生多年来一直为人所知，被认为是在巨大的爆炸声(或吵闹的音乐会)后你可能会经历暂时听力丧失的原因之一。一旦发梢连接再生，毛细胞功能通常恢复到正常水平。科学家们不知道的是尖端连杆是如何重新组装的。
为了研究尖端连接的组装，研究人员用BAPTA处理出生后(5-7天)年轻的小鼠感觉毛细胞——一种像噪音一样破坏和破坏尖端连接的物质。为了对蛋白质成像，该小组首创了一种改进的扫描电子显微镜(SEM)免疫金标记技术，该技术使用与附着在蛋白质上的金颗粒结合的抗体。然后，他们使用扫描电镜对细胞进行高分辨率成像，以确定BAPTA处理之前、期间和之后蛋白质的位置。
研究人员发现，在尖端连接被化学破坏后，会形成一个新的尖端连接，但不是CDH23和PCDH15的正常组合，而是由两端的PCDH15蛋白质组成。在接下来的24小时内，顶端的PCDH15蛋白被CDH23取代，尖端链接恢复正常。
为什么提示链接再生使用两步，而不是一个整洁的一步过程尚不清楚。由于尚不清楚的原因，噪声损伤后，CDH23从静纤毛中消失，而PDCH15则留在静纤毛中。为了快速再生，较低的PDCH15锁住另一个PDCH15，形成一个较短且功能稍弱的尖端链接。随后，在受损后的36小时内，当CDH23返回时，PDCH15放弃了它的临时伴侣，并抓住了它在CDH23中强大得多的伴侣。换句话说，PDCH15更喜欢与CDH23在一起，但在紧要关头，它会与另一个PDCH15弱地结合，直到CDH23出现。
研究人员将扫描电镜观察与电生理学研究相结合，以显示尖端链接的功能特性在这两步过程中是如何变化的。临时的PCDH15/PCDH15尖端链接的功能响应与永久的PDCH15/CDH23组合略有不同。研究人员能够将功能差异与组成尖端连接的蛋白质组合联系起来。
额外的实验表明，当毛细胞发育时，顶端的链接使用相同的两步过程。
先前的研究表明，正常的听力和视力都需要CDH23和PCDH15。事实上，NIDCD科学家在早期研究中已经表明，这两种基因中的任何一种突变都可能导致Usher综合征1D和1F型患者的听力损失或耳聋失明。
“对于那些无法合成有功能的CDH23的聋人来说，了解这种新的PCDH15蛋白临时联盟，形成一个较弱但仍有功能的尖端连接，可以为治疗提供信息，鼓励双PCDH15键成为永久性的，并至少保持有限的听力，”该研究开始的NIDCD分子遗传学实验室主任汤姆·弗里德曼博士说。
