有毛細胞

有毛細胞は、すべての脊椎動物の耳の聴覚系と前庭系の両方の感覚受容体です。メカノトランスダクションにより、有毛細胞は周囲の動きを検出します。哺乳類では、聴覚有毛細胞は、内耳のco牛の薄い基底膜上のコルチのらせん器官内に位置しています。それらは、細胞の頂端面から液体で満たされたco牛管内に突出する毛束と呼ばれる不動毛の房に由来しています。哺乳類のch牛有毛細胞は、外有毛細胞と内有毛細胞として知られる解剖学的および機能的に異なる2つのタイプです。これらの有毛細胞への損傷は聴覚感度の低下をもたらし、内耳有毛細胞は再生できないため、この損傷は永続的です。しかし、頻繁に研究されているゼブラフィッシュや鳥などの他の生物には、再生可能な有毛細胞があります。人間のco牛には、出生時に3,500個の内有毛細胞と12,000個の外有毛細胞が含まれています。

外有毛細胞は、co牛に入る低レベルの音を機械的に増幅します。増幅は、毛束の動き、または細胞体の電気駆動の運動によって促進されます。このいわゆる体性電気運動性は、すべての陸生脊椎動物の音を増幅します。それは、毛束の先端にある機械的感覚イオンチャネルの閉鎖機構の影響を受けます。

内有毛細胞は、co牛の液体中の音の振動を電気信号に変換し、電気信号は聴覚神経を介して聴覚脳幹および聴覚皮質に伝えられます。

内有毛細胞-音から神経信号まで

有毛細胞不動毛の偏向により、機械的にゲートされたイオンチャネルが開き、小さな正に帯電したイオン（主にカリウムとカルシウム）が細胞に入ることができます。他の多くの電気的に活性な細胞とは異なり、有毛細胞自体は活動電位を発しません。代わりに、scala中の内リンパからの陽イオンの流入は細胞を脱分極させ、その結果、受容体電位が生じます。この受容体電位は、電位依存性カルシウムチャネルを開きます。その後、カルシウムイオンが細胞に入り、細胞の基端で神経伝達物質の放出を引き起こします。神経伝達物質は有毛細胞と神経終末の間の狭い空間に拡散し、そこで受容体に結合し、神経の活動電位を誘発します。このようにして、機械音信号は電気神経信号に変換されます。有毛細胞の再分極は特別な方法で行われます。鼓室階の外リンパの陽イオン濃度は非常に低くなっています。電気化学的勾配により、陽イオンはチャネルを通って外リンパに流れます。

有毛細胞は慢性的にCa2 +を漏らします。この漏れは、神経伝達物質のシナプスへの持続的な放出を引き起こします。この強壮剤の放出は、有毛細胞が機械的刺激に応じて非常に迅速に反応することを可能にするものと考えられています。有毛細胞の反応の速さは、膜電位のわずか100μVの変化に反応して神経伝達物質の放出量を増加させることができるという事実にも起因する可能性があります。

外有毛細胞-音響プリアンプ

哺乳類の外有毛細胞では、受容体の電位が細胞体の活発な振動を引き起こします。電気信号に対するこの機械的応答は体性電気運動性と呼ばれ、細胞の長さの振動を駆動します。これは着信音の周波数で発生し、機械的フィードバック増幅を提供します。外有毛細胞は哺乳類にのみ見られます。哺乳類の聴覚感度は、他のクラスの脊椎動物の聴覚感度と似ていますが、外有毛細胞の機能はありませんが、感度は約50 dB低下します。外有毛細胞は、一部の海洋哺乳類の聴力範囲を約200 kHzに拡大します。また、周波数選択性（周波数弁別）も改善しました。これは、洗練された音声と音楽を可能にするため、人間にとって特に有益です。外有毛細胞は、ATPの細胞貯蔵が枯渇した後でも機能します。

このシステムの効果は、大きな音よりも静かな音を非線形に増幅することで、広範囲の音圧をより小さな範囲の髪の変位に減らすことができます。この増幅特性は、co牛増幅器と呼ばれます。

有毛細胞の分子生物学は、外有毛細胞の体性電気運動性の根底にあるモータータンパク質（プレスチン）の同定とともに、近年かなりの進歩を遂げています。プレスチンの機能は、塩化物チャンネルのシグナル伝達に依存し、一般的な海洋農薬のトリブチルスズによって損なわれることが示されています。このクラスの汚染物質は食物連鎖を生物濃縮するため、シャチやハクジラなどの海洋捕食動物のトップで効果が顕著になります。

有毛細胞信号の適応

カルシウムイオンの流入は、有毛細胞が信号の増幅に適応するために重要な役割を果たします。これにより、人間はもはや新しいものではない一定の音を無視し、周囲の他の変化に鋭敏になることができます。主要な適応メカニズムは、ゆっくりとした適応を可能にし、緊張を提供して形質導入チャネルを感作し、またシグナル伝達装置にも関与するモータータンパク質ミオシン-1cに由来します。より最近の研究により、カルモジュリンのミオシン-1cへのカルシウム感受性の結合が、適応モーターと形質導入装置の他のコンポーネントとの相互作用を実際に調節できることが示されています。

高速適応：高速適応中、開いたMETチャネルを介して不動毛に入るCa 2+イオンは、チャネル上またはチャネル近くの部位に急速に結合し、チャネル閉鎖を誘導します。チャンネルが閉じると、先端リンクの張力が増加し、バンドルを反対方向に引っ張ります。高速適応は、前庭細胞ではなく、有毛細胞および聴覚細胞の有毛細胞の検出においてより顕著です。

遅い適応：支配的なモデルは、バンドルの変位中の張力の上昇に応じてミオシン-1cが不動毛を滑り落ちるときに遅い適応が起こることを示唆しています。その結果、先端リンクの張力が低下するため、バンドルは反対方向にさらに移動できます。張力が低下すると、チャネルが閉じて、変換電流が低下します。遅い順応は、空間的な動きを感知する前庭有毛細胞で最も顕著であり、聴覚信号を検出するch牛有毛細胞ではそれほど顕著ではありません。

神経接続

聴覚または前庭神経（第8脳神経）のニューロンは、co牛および前庭有毛細胞を支配します。有毛細胞が放出する神経伝達物質は、求心性（末梢神経）ニューロンの末梢軸索の末端神経突起を刺激し、グルタミン酸と考えられています。シナプス前接合部には、明確なシナプス前緻密体またはリボンがあります。この密集した体はシナプス小胞に囲まれており、神経伝達物質の迅速な放出を助けると考えられています。

神経線維の神経支配は、外有毛細胞よりも内有毛細胞の方がはるかに密です。単一の神経線維が多くの外有毛細胞を神経支配するのに対して、単一の内有毛細胞は多数の神経線維によって神経支配されます。内有毛細胞の神経線維も非常に強く有髄であり、これは無髄の外有毛細胞の神経線維とは対照的です。特定の求心性神経線維に入力を供給する基底膜の領域は、その受容野と見なすことができます。

脳からco牛への求心性投射も音の知覚に役割を果たします。求心性シナプスは、外有毛細胞と内有毛細胞の下の求心性軸索で発生します。シナプス前終末は、アセチルコリンとカルシトニン遺伝子関連ペプチドと呼ばれる神経ペプチドを含む小胞で満たされています。これらの化合物の効果は異なります。一部の有毛細胞では、アセチルコリンが細胞を過分極し、co牛の感受性を局所的に低下させます。

再成長

co牛細胞の再生に関する研究は、聴力を回復する医学的治療につながる可能性があります。鳥や魚とは異なり、人間や他の哺乳類は一般に、内耳の細胞を再生することができません。内耳の細胞は、年齢や病気によって損傷を受けたときに音を神経信号に変換します。研究者たちは、損傷した細胞の再生を可能にする遺伝子治療と幹細胞治療を進歩させています。鳥や魚の聴覚および前庭系の有毛細胞は再生することがわかっているため、その能力は詳細に研究されています。さらに、機械的形質導入機能を有する側線有毛細胞は、ゼブラフィッシュなどの生物で再成長することが示されています。

研究者は通常、成人のco牛有毛細胞の再成長をブロックする分子スイッチとして機能する哺乳類の遺伝子を特定しました。 Rb1遺伝子は、腫瘍抑制因子である網膜芽腫タンパク質をコードします。 Rbは、細胞周期からの脱出を促すことにより、細胞の分裂を防ぎます。培養皿の有毛細胞は、Rb1遺伝子が削除されると再生するだけでなく、遺伝子を持たないように飼育されたマウスは、遺伝子を持つコントロールマウスよりも多くの有毛細胞を成長させます。さらに、ソニックヘッジホッグタンパク質は、網膜芽細胞腫タンパク質の活性をブロックすることが示されており、それにより、細胞周期の再進入と新しい細胞の再成長を誘発します。

細胞周期阻害剤p27kip1（CDKN1B）は、遺伝子欠失後のマウスのwith牛有毛細胞の再成長を促進するか、p27をターゲットとするsiRNAでノックダウンすることもわかっています。有毛細胞の再生に関する研究は、有毛細胞の損傷または死によって引き起こされる人間の難聴の臨床治療に近づく可能性があります。

追加画像

• 網状層とその下の構造。
• カエルの内耳の不動毛