Рыбы чувствуют движение воды так же, как люди воспринимают звук, согласно новому исследованию Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв. Исследователи обнаружили ген, также обнаруженный у людей, который помогает рыбкам данио преобразовывать движение воды в электрические импульсы, которые отправляются в мозг для восприятия. Общий ген позволяет рыбкам данио определять направление потока воды, а также помогает клеткам человеческого уха воспринимать целый ряд звуков.
Ген кодирует белок в волосковых клетках, которые воспринимают звук внутри уха. Мутации в гене могут вызывать глухоту у человека. В дополнение к ушам у рыбок данио есть волосковые клетки вдоль всего тела, чтобы ощущать поток воды. Волосковые клетки на поверхности тела рыбок данио обращены в разные стороны, чтобы ощущать движение воды вокруг себя. Но новое исследование показало, что волосковые клетки, обращенные в разные стороны, не идентичны, как считалось ранее, - каждая из них использует ген глухоты немного по-разному.
«Мы обнаружили, что обнаружение потока воды с передней части рыбы больше зависит от гена рыбки данио tmc2b, чем с потока воды со спины рыбы», - сказал Брайан Макдермотт-младший, доктор философии, доцент отоларингологии в Case. Медицинский факультет Университета Вестерн Резерв и университетские больницы Медицинский центр Кливленда. «Вода, текущая спереди рыбы, сопровождает плавание вперед, поэтому это обычное дело. Но вода, текущая сзади, может означать, что хищник преследует ее. Поэтому данио-рерио использует различные молекулярные механизмы, чтобы различать направление потока воды."
Макдермотт и Рубен Степанян, доктор медицинских наук, доцент кафедры отоларингологии Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв, опубликовали результаты сегодня в Nature Communications. Исследование посвящено механотрансдукции - тому, как волосковые клетки воспринимают механические звуковые волны, или, в данном случае, волны воды, и преобразуют их в сигналы мозга. Команда Макдермотта обнаружила, что волосковые клетки на коже рыбок данио используют разные гены механотрансдукции, такие как tmc2b, в зависимости от их ориентации. «Не все волосковые клетки одинаковы. Они различаются в зависимости от направления, в котором они обращены, и это является ключом к определению направления потока воды», - сказал Макдермотт. Исследование идентифицирует tmc2b как центральное место в механотрансдукции. Этот ген необходим волосковым клеткам для передачи сигналов в мозг, что может объяснить его роль в генетической глухоте. «Наши результаты напрямую связаны с человеческим слухом», - сказал Макдермотт. «Мы изучили ген рыбки данио, который аналогичен человеческому гену, вызывающему глухоту, и здесь мы показываем, что дефект связан с процессом механотрансдукции."
Исследователи использовали свои выводы для создания «механосенсорной карты» волосковых клеток рыбок данио. Карта показывает, как расположение и ориентация волосковой клетки связаны с ее способностью ощущать движение воды. Это также показывает, как разные волосковые клетки нуждаются или могут функционировать независимо от гена глухоты tmc2b. Карта может стать основой для будущих исследований, связанных с механотрансдукцией волосяных клеток человека и причинами генетической глухоты.
Сказал Макдермотт: «Волосковые клетки рыбок данио особенно доступны для экспериментов, в отличие от волосковых клеток уха млекопитающих, поэтому они обладают особым преимуществом. Вы можете изучать развитие и функционирование целых волосковых клеток на более высоком уровне в рыбы, чем у уха млекопитающих."
Различия в волосковых клетках помогают рыбам чувствовать характер течения воды, а также могут помочь людям воспринимать различные звуки. «У млекопитающих волосковые клетки являются сенсорными клетками уха», - сказал Макдермотт.«Наши результаты показывают, что у млекопитающих, в том числе у людей, могут быть молекулярные различия между волосковыми клетками, которые позволяют нам слышать чудесный диапазон звуков, которыми мы наслаждаемся».