Sambungan halus dan dinamis antara filamen protein memungkinkan pendengaran – ScienceDaily

Sambungan halus dan dinamis antara filamen protein memungkinkan pendengaran – ScienceDaily


Secara harfiah, indera pendengaran adalah tindakan pengikat molekul. Ternyata, ini melibatkan akrobat juga.

Dalam makalah yang diterbitkan di Komunikasi Alam pada 8 Februari, para peneliti di Harvard Medical School dan Boston Children’s Hospital menunjukkan bahwa hubungan dinamis dan halus antara dua pasang filamen protein kecil memainkan peran sentral dalam pendengaran.

Ketegangan yang dipegang oleh filamen ini, bersama-sama disebut penghubung ujung, sangat penting untuk aktivasi sel sensorik di telinga bagian dalam. Analisis tim mengungkapkan bahwa filamen, yang digabungkan ujung ke ujung, bekerja sama seperti seniman trapeze berpegangan tangan. Genggaman mereka terhadap satu sama lain bisa terganggu, misalnya karena suara yang keras. Tetapi dengan pegangan dua tangan, mereka dapat dengan cepat terhubung kembali ketika satu tangan tergelincir.

Penemuan ini menghadirkan pemahaman baru tentang dasar molekuler pendengaran, serta rasa keseimbangan, yang muncul dari proses serupa di telinga bagian dalam. Gangguan ketulian dan keseimbangan telah dikaitkan dengan mutasi pada tip link, dan hasil studi dapat mengarah pada strategi terapeutik baru untuk gangguan tersebut, menurut penulis.

“Alat kecil ini, terbuat dari kurang dari selusin protein, yang membantu mengubah suara dari stimulus mekanis menjadi sinyal listrik yang dapat diuraikan oleh otak,” kata David Corey, Profesor Bertarelli dari Ilmu Kedokteran Terjemahan di HMS. . “Memahami bagaimana protein ini bekerja memberikan wawasan tentang rahasia sensasi suara.”

Koneksi dinamis antara filamen juga dapat berfungsi sebagai pemutus sirkuit yang melindungi komponen seluler lainnya, menurut para peneliti.

“Saya pikir penelitian kami memberi kami rasa takjub atas betapa sempurna direkayasa sistem ini di telinga,” kata penulis koresponden Wesley Wong, profesor HMS kimia biologi dan farmakologi molekuler di Boston Children’s. “Ia mempertahankan keseimbangan yang rapuh antara menjadi cukup kuat untuk menjalankan fungsinya tetapi cukup lemah untuk dipatahkan sehingga berpotensi mempertahankan fungsi elemen lain yang tidak dapat dengan mudah direformasi.”

Menguraikan kode jabat tangan

Agar pendengaran terjadi, sel harus mendeteksi dan menerjemahkan gelombang tekanan di udara menjadi sinyal bioelektrik. Tugas ini jatuh pada sel rambut, sel sensorik telinga bagian dalam. Yang menonjol dari sel-sel ini adalah kumpulan struktur seperti rambut, yang membengkok ke depan dan ke belakang saat gelombang tekanan bergerak melalui telinga bagian dalam.

Filamen penghubung ujung secara fisik menghubungkan setiap rambut ke rambut lainnya dan ditambatkan ke saluran ion khusus. Saat bundel bergerak, tegangan tautan ujung berubah, membuka dan menutup saluran seperti gerbang untuk memungkinkan arus listrik masuk ke sel. Dengan cara ini, tautan ujung memulai sinyal bioelektrik yang pada akhirnya diproses oleh otak sebagai suara.

Dalam studi sebelumnya, Corey dan rekannya mengeksplorasi komposisi tautan ujung dan mengidentifikasi struktur atom yang tepat dari ikatan antara dua filamen protein. Menariknya, ikatan ini menggugah jabat tangan molekuler, menurut penulis.

Dalam studi saat ini, Corey, Wong dan tim mulai memahami sifat jabat tangan ini. Untuk melakukannya, mereka menerapkan spektroskopi gaya molekul tunggal, teknik yang sering menggunakan penjepit optik – sinar laser yang sangat terfokus yang dapat menahan benda-benda yang sangat kecil dan memindahkannya dengan jarak sependek sepermiliar meter.

Para peneliti, dipimpin oleh penulis pertama studi Eric Mulhall dan Andrew Ward, keduanya rekan peneliti dalam neurobiologi di Blavatnik Institute di HMS, melapisi manik-manik kaca mikroskopis dengan untaian protocadherin-15 atau cadherin-23, dua protein yang membentuk ujung. tautan. Dengan menggunakan penjepit optik, mereka memindahkan manik-manik mendekati satu sama lain sampai untaian protein saling menempel dari ujung ke ujung dan kemudian mengukur kekuatan yang diperlukan untuk menarik ikatan tersebut.

Lebih kuat dari jumlahnya

Setiap mata rantai terdiri dari dua untai kedua protein. Tim menemukan bahwa kekuatan ikatan untai ganda ini jauh melebihi kekuatan ikatan antara untai individu dari kedua protein. Di bawah tegangan rendah, ikatan untai ganda bertahan sepuluh kali lebih lama dari ikatan untai tunggal sebelum putus.

Peningkatan kekuatan ini tampaknya disebabkan oleh sifat dinamis dari koneksi tersebut, menurut penulis. Alih-alih bertindak sebagai tali statis sederhana, filamen-filamen tersebut terlepas dan dipasang kembali satu sama lain dalam waktu sepersepuluh detik. Suatu gaya dapat mematahkan satu pasang untaian, tetapi pasangan lainnya dapat tetap terhubung cukup lama sehingga pasangan yang putus dapat bergabung kembali.

Namun, pada gaya yang sangat tinggi, ikatan untai ganda putus dengan cepat. Fitur ini dapat membantu mencegah kerusakan dahsyat pada komponen lain dari sel rambut, kata penulis.

“Jika ujung link sangat kuat, maka ketika terkena suara yang sangat keras itu mungkin merobek seluruh kompleks keluar dari membran sel, yang akan sulit untuk dipulihkan,” kata Wong, yang juga anggota fakultas asosiasi di Institut Wyss untuk Teknik yang Terinspirasi Secara Biologis di Harvard.

Kemampuan memecah dengan suara keras dianalogikan dengan pemutus sirkuit mekanis, tambahnya. “Penggunaan beberapa ikatan lemah untuk membentuk pemutus sirkuit biologis yang dapat disetel berpotensi sangat menarik untuk sistem yang direkayasa secara sintetis.”

Anehnya, tim menemukan bahwa di bawah ketegangan istirahat, setiap ujung tautan hanya bertahan sekitar delapan detik sebelum putus. Analisis mereka, ditambah dengan bukti dari penelitian lain, menunjukkan bahwa mata rantai ujung baru dapat terbentuk dengan cepat dari untaian protein lain di dekatnya. Bersama-sama, hasilnya mendukung paradigma baru pembentukan dan pemutusan sambungan ujung yang sangat dinamis yang memungkinkan dan melindungi pendengaran.

Tim juga melihat mutasi pada protocadherin-15 yang terkait dengan sindrom Usher, kelainan bawaan yang langka berupa tuli dan kebutaan. Eksperimen mereka menunjukkan bahwa beberapa mutasi ini dapat sangat melemahkan ikatan antara filamen penghubung ujung. Ini mungkin mengapa gangguan tersebut menyebabkan ketulian, dan pemahaman mekanistik lebih lanjut dari proses ini dapat mengarah pada pendekatan terapeutik baru, kata para penulis.

“Sulit untuk memperbaiki sesuatu jika Anda tidak benar-benar tahu apa yang rusak, dan kami optimis bahwa pemahaman yang lebih baik dapat membantu menghasilkan solusi baru,” kata Corey.

Selain itu, temuan baru dapat membantu menginformasikan studi di area lain di tubuh.

“Kami memiliki banyak indra mekanis selain pendengaran, seperti sentuhan, sensasi tekanan darah, dan jenis nyeri tertentu,” tambah Corey. “Kami memahami pendengaran dalam lebih banyak detail molekuler daripada yang lain – pengetahuan yang dapat membantu kami menyelidiki cara kerja indra mekanis lainnya.”

Pekerjaan itu didukung oleh National Institutes of Health (hibah F31 DC016199, R01 DC000304, R01 DC002281, dan R35 GM119537).

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Lagu Togel

Author Image
adminProzen