人類繪制出人耳聽覺蛋白質結構

【資料簡介】

人類繪制出人耳聽覺蛋白質結構

 日前，柏克萊實驗室的科學家繪制出了人類內耳用于控制聽覺和平衡的蛋白質結構。

    人類的耳朵被譽為自然界zui精密的“機械”，其耳內的蛋白質結構，輕薄如細絲，稱為蛋白質纖維。科學家們的這一研究成果為了解聽覺系統更為基礎的知識開啟了大門。而這一發現也可能會引起治療失聰方法的改進，從而為百分之十的聾啞人口造福。

    科學家稱，內耳的蛋白質纖維能將聲音的機械振動轉變為可以為大腦所識別的電子信號。雖然它們僅有4納米寬，60納米長（一納米等于一百萬分之一米），但一旦它們受到損害，那么人的聽力將受損，而整個世界將變得一片寂靜。這些蛋白質纖維是感官系統的一部分，有了它們，人們才能聽到巨大的油門轟鳴聲亦或是繡花針掉在地上的微小聲音。聽覺系統的功能如此神奇，生物體內其他任何一個感官系統以及電機工程領域都沒有如此功能的系統存在。  柏克萊實驗室生命科學部的曼弗雷德·奧爾（Manfred  Auer）說：“這是人體zui奇妙的系統之一。但它到底是如何運作的至今仍是個謎。我們的目標是要確定該系統的形態，然后我們才可以知道它是如何運作的。”

    為此，奧爾和他的同事利用電子斷層攝影術（electron  tomography），繪制了幾百張不同的角度的蛋白質結構圖，并將它們重構成為一個三維立體復合圖。八年前，當奧爾的團隊著手開始研究更多關于聽覺系統的組成部分時，電子斷層攝影術才被運用在聽覺系統研究方面。多年的經驗使得他們對該技術駕輕就熟。

    繪制出的結構圖像顯示，人的內耳里有大量的長著聽覺細胞感受體（hair  bundle）的毛細胞。這些聽覺細胞感受體在耳膜振動時隨著空氣的流動而擺動，就像微風拂過時麥子的隨風輕擺。通過近距離地放大可以看到，每束聽覺細胞感受體由單獨的被稱為“靜纖毛”的纖毛組成。相鄰的靜纖毛由蛋白質纖維起來，也稱為“端部聯結”（tip  links）。當靜纖毛開始擺動，端部聯結被拉伸，從而在一瞬間打開了一個傳聲渠道，允許帶正電荷的離子進入毛細胞，從而引起神經傳遞物質釋放，zui終到達中樞神經系統，為大腦所識別。這種方式我們可以簡單看作是由機械地振動，引起傳聲渠道的開放，將振動轉化為電信號，并zui終為我們以蟬鳴、鳥叫或是人的語言的形式所聽到。

    奧爾說：“聽覺系統真令人難以置信。但我們仍不知道這些聯結由什么組成，聽覺細胞感受體如何以分子的形式進行運作。”直到電子斷層攝影術的引入，這一難題才找到了解決的出路。奧爾和他的同事的利用該技術將聽覺細胞感受體進行分析。  如今，他們已經對聽覺細胞感受體聯結進行了三維重建，并獲得了該聯結長度的高精度的測量數據和圖像。

    細胞結構生物學的一個重大發現是獲得了復雜系統的分子目錄，并表明了蛋白質是如何一起起作用從而實現其神奇功能。奧爾稱他們也正在努力地獲得聽覺細胞感受體的詳細目錄。利用電子斷層攝影術對聽覺細胞感受體進行研究，也讓研究小組有了更多有趣的研究話題。例如，人的聽覺既能適應巨大的聲響，也能敏感地聽到低沉的耳語。那么人們不禁要問它能如此敏感地聽見耳語，但為什么又不能敏感地到聽見任何其他的分子撞擊耳膜的聲音呢？

    奧爾說：“如果聽覺系統能足夠的敏感，人類將會聽到空氣中的任何分子撞擊耳膜的聲音。利用電子斷層攝影術來研究聽覺細胞感受體的確是個很好的方法，但我們需要知道得更多，需要進一步了解聽覺系統的分子結構。我們相信，我們zui終將繪制出更為詳細的聽覺細胞感受體的分子圖，而此圖將讓我們清楚地了解到聽覺細胞感受體是如何工作的，人類的聽覺系統又是如何起作用的。”

人類繪制出人耳聽覺蛋白質結構