听觉不只与人们日常日子严密相关，也是科学范畴的重要研讨问题之一。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认，可是，声响感知的中心——担任听觉转导的离子通道是由哪个基因编码的，一向是个谜。
闫致强教授与团队学生。拍摄：严昕昊
针对这一问题，复旦大学生命科学学院教授闫致强团队与生命科学学院教授服部素之团队、东京大学教授濡木理团队协作，终究确认了TCM1/2为坐落耳蜗毛细胞中真实的听觉转导离子通道，处理了已困扰听觉范畴近40年的问题。11月21日，相关研讨成果以《TMC1和TMC2是成孔的机械力灵敏离子通道》（“TMC1 and TMC2 proteins 1 are pore-forming subunits of 2 mechanosensitive ion channels”）为题在线发表于《神经元》（Neuron）杂志。
另辟蹊径，探秘听觉转导离子通道
科学家探求已久的耳蜗毛细胞中的听觉转导离子通道究竟是何方神圣？团队用研讨结果给出了答案——TMC1/2。
闫致强介绍，正如轿车失灵有短少燃料、方向盘失灵、轮胎爆胎等多种或许原因，在听觉转导通道也有很多的候选基因，都有或许影响听觉转导，这其间就包括TMC1和TMC2基因。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，坐落发作机械转导的静纤毛（stereocilia）顶级，且均在毛细胞中表达。早前的研讨现已通过遗传学办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。
“通过之前的研讨，咱们咱们都知道了在小鼠中，TMC1骤变会改动其机械灵敏电流的特性。可是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向不清楚。”闫致强解释道：“离子通道是各种无机离子跨膜被迫运送的通路，这个被迫运送是顺离子浓度梯度、从高向低流的；而门控便是像开关门相同，有一个把关的进程。何时翻开门？翻开门让什么物质进入？这是门控的两个特性。”
团队在研讨进程中发现，TMC蛋白在培育的细胞中表达时，难以被运送到细胞膜上，导致其电生理特征难以被正常记载。为了战胜这一技能难题，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，体外探求TMC蛋白质是否确实作为离子通道发挥功用。
TMC1和TMC2在听觉转导中的效果示意图 复旦大学 供图
“简略了解，脂质体重组便是咱们运用人工的办法制作了一个‘细胞’，它具有和细胞相同的双层膜结构，但是又不同于真实的细胞，因而就称其为脂质体重组。”闫致强说。
为进行体外重建，团队运用正交挑选，通过根据荧光检测体积排阻色谱的热稳定性查验（fluorescence-detection size-exclusion chromatography-based thermostability assay, FSEC-TS）挑选了来自21种不同物种的TMC蛋白。其间，来自绿海龟（Chelonia mydas）的TMC1（CmTMC1）与来自皋比鹦鹉（Melopsittacus undulates）的TMC2（MuTMC2）可以在昆虫细胞中高纯度表达。
“基因表达是指将来自基因的遗传信息组成功用性基因产品的进程，最重要的包括转录和翻译等环节。”闫致强解释道，这就比如种麦子，在不同的地里种麦子，有的产值高、有的产值低，有的甚至都长不出来。“基因表达是类似的道理，也分高表达、低表达和不表达的状况。做试验时咱们咱们都期望表达量高、纯度好，就像种麦子时也期望它产值高。”
在随后的脂质体重组试验中，团队发现TMC蛋白确实具有离子通道活性，表现为外加电压可以形成蛋白孔道自发翻开，发生电流。通过运用高速压力钳（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呼应机械力，且呼应电流强度与单通道翻开概率随所施压力添加而添加。另一方面，研讨根据导致小鼠失聪的TMC1骤变体蛋白构建了数个保存氨基酸骤变的CmTMC1点骤变蛋白。体外脂质体重建与功用性试验标明，这些骤变体蛋白或具有离子通道活性缺点，或具有机械呼应缺点。
尽管团队的研讨首要集中于CmTMC1和MuTMC2，但其与小鼠的TMC1和TMC2蛋白具有高度进化的保存性。“也便是说，根本可以以为在CmTMC1和MuTMC2发现的研讨结果相同适用于小鼠的TMC1和TMC2蛋白。而在这方面，小鼠与人是十分类似的。这标明在哺乳动物中，TMC1/2很或许也是离子通道，而且相同可以呼应机械力。此外，TCM1/2还与人类听力损害密切相关。”闫致强弥补。
揭开疑团，处理听觉范畴卡脖子问题
“对听觉的了解终究是了解听觉怎么转导，即声响怎么转导为电信号，这一向是听觉范畴最中心的问题，但是40年来这一问题都未能得到处理，可以说是一个卡脖子的问题。”闫致强说，“只要把这个卡脖子的问题处理了，后续的研讨才干顺气儿。”
人类对声响的感知始于内耳中的柯蒂氏器（Corti organ）。柯蒂氏器中含有超越16000个毛细胞，而将声响由机械信号转换为电信号的机械传导通道即被以为定坐落毛细胞上呈阶梯状摆放的毛细胞发束（hair cell bundle）上。约40年前，COREY和HUDSPETH记载了听觉毛细胞的听觉转导电流，但是通过多年的研讨，担任听觉转导的分子却一向未能确认，成为听觉范畴研讨一个亟待处理的至关重要的问题。
“研讨清晰了听觉转导的离子通道，医学方面就能进一步讨论对听觉受损的医治机制，而医治事例的累计也能协助发现新的骤变。试验室和临床是相互促进的。”闫致强表明，在进行根底科研的一起，团队也将在新生儿听力遗传缺点的机理研讨，以及其防备、确诊和医治方向做出尽力。
