Sequence similarity between stereocilin and otoancorin points to a unified mechanism for mechanotransduction in the mammalian inner ear BMC Cell Biology 2002 3:28 | |
|
Взаимодействие между волосковыми клетками и бесклеточным гелем внутреннего уха млпекопитающих, tectorial и otoconial мембранами, является критическим для механорецепции. Было предположено, что otoancorin является медиатором прикрепления геля к несенсорным клеткам, но молекулярные компонеты взаимодействия между гелем и сенсорными клетками оставлись неидентифицированными
Белок внутреннего уха stereocilin родственен по своим последовательностям с otoancorin и исходя из его локализации и предполагаемого GPI-закрепления, м. предположить что он обеспечивает прикрепление tectorial и otoconial мембран к пучкам сенсорных волосков.
Ожидалось, что антитела, направленные против stereocilin будут специфически метить места контактов между сенсорными волосковыми клетками и tectorial/otoconial мембранами внутреннего уха.
Полученные дланные подтвердили унифицированный молекулярный механизм механотрансдукции с помощью stereocilin и otoancorin и объединили белки в новое семейство, ответственное за прикрепление бесклеточного геля к сенсорным и несенсорным клеткам внутреннего уха.
 (Рис.1.) | Multiple sequence alignment of stereocilin, otoancorin and mesothelin |
Улитка и vestibule, соотв., ответственны за слух и баланс во внутреннем ухе млекопитающих. Текториальная мембрана, бесклеточный гель, покрывает поверхность Кортиевого органа внутри улитки. Сходным образом, otoconial и cupula мембраны лежат поверх сенсорных областей пяти органов, составляющих vestibule. Звуком индуцируемые движения basilar мембраны в улитке или движение головой в vestibule генерируют сдвиг(shear) между бесклеточным гелем и апикальной поверхностью сенсорного эпителия; последний состоит из волосковых (сенсорных) и поддерживающих (несенсорных) клеток. Отклонениея пучков стереоцилий сенсорных волосковых клеток вызывают изменения мембранного потенциала, которые и трансдуцируют механическую информацию в электрические сигналы. Мутации в генах, кодирующих белковые компоненты бесклеточного геля, приводят к дефектам слуха и баланса, они подчеркивают важность этих структур в механотрансдукции.
Описаны два новых гена, специфически экспрессирующиеся во внутреннем ухе человека. STRC, ген в хромосоме 15q15 мутантен в семьях с несиндромальной глухотой в локусе DFNB16 , как было установлено, кодирует полипептид в 1778 аминокислот с неизвестной функцией, он не имеет гомологии с др. белками. Мутации в гене OTOA (хромосома 16p12.2) в локусе DFNB22 также обусловливает аутосомно рецессивную глухоту. Установлено, что продукт гена OTOA , otoancorin (1153 аминокислот), обеспечивает контакт между апикальной поверхностью несенсорных клеток и бесклеточным гелем во внутреннем ухе, tectorial и otoconial мембранами. Otoancorin обнаруживает общзее слабое сходство с megakaryocite potentiating factor/mesothelin, GPI-сцепленным гликопротеином с неизвестной функцией.
Был предпринят PSI-BLAST поиск по NCBI non-redundant database (~1,035,000 последовательностей) с консервативными параметрами (low complexity filter, expectation value 1, word size 2, inclusion threshold 0.0005) и было найдено высоко достоверное сходство между ~900 C-терминальными аминокислотами stereocilin и otoancorin (E-values at iterations 1 and 4 3e-14 and e-159, соотв.; Рис. 1). Более того, анализ с DGPI, сервером по автоматической детекции GPI-прикрепленных белков, подтвердил, что stereocilin, подобен otoancorin, и является серктируемым GPI-закрепленным белком.
Бесклеточные гели во внутреннем ухе млекопитающих прекреплены не только к несенсорным клеткам, но и к пучкам волосков сенсорных волосковых клеток, состоящих из богатых актином жестких микроворсинок, называемых stereocilia; последнее взаимодействие существенно для механотрансдукции. Т.к. otoancorin не локализуется на пучках волосков, то было предположено, что разные системы. возможно интегрины, отвечают за их взаимодействие с бесклеточным метриксом. Учитывая тот факт, что локализация stereocilin во внутреннем ухе ограничена сенсорными волосковыми клетками и, в частности, пучками волосков, м. уверенно говорить, что stereocilin выполняет функцию, сравнимую с функцией otoancorin на уровне волосковых клеток.
Testing the hypothesis Гипотеза была тестирована на срезах волосковых клеток из внутреннего уха мышей, которые метили антителами, направленными против stereocilin; как и ожидали мечение наблюдалось в сайтах непосредственного контакта между пучками волосков сенсорных волосковых клеток и бесклеточным гелем. Кроме того, GPI-закрепленный stereocilin был подтвержден с помощью трансфицированных клеток млекопитающих соотв. кДНК и сравнением локлизации stereocilin на мембранах трансфицированных клеток в присутствии и отсутствии PI-PLC.
Implications of the hypothesis Результаты PSI-BLAST подтвердили, что в противоположность ренее распространенному мнению, сходные молекулярные взаимодействия м.б. ответственны за обеспечение прикрепления бесклеточного геля к разным типам клеток внутреннего уха. Т.к. эти соединения важны для механотрансдукции звуков, то не сюрприз, что и STRC и OTOA мутации ведут к глухоте у людей. В этом контексте интересно отметить, что описанные STRC мутации вызывают делеции, затрагивающие законсервированную область белка, показанную на Рис. 1.
|