В новом исследовании из Университета Айовы (University of Iowa) и Вашингтонского университета (Washington University) в Сент-Луисе ученые определили рецептор, который, будучи заблокированным, может предотвратить распространенный тип тугоухости. Результаты исследования опубликованы в научном журнале PNAS.
Актуальность проблемы
При снижении слуха вследствие травм и воздействия громких шумов можно восстановить его как терапевтическим, так и хирургическим путем. Но что, если можно предотвратить потерю слуха, заранее блокируя эффекты громких шумов? Рецепторы являются частью набора молекул на нервных клетках внутреннего уха, которые связывают прохождение звуковой и слуховой информации от волосковых клеток внутреннего уха – звуковых датчиков – к мозгу. Успешная передача звука от волосковых клеток к нервным клеткам, которая происходит через соединение, называемое синапсом, является неотъемлемой частью слуха у животных, включая людей.
Химическое вещество под названием глутамат выделяется из волосковых клеток. Глутамат передает звуковую информацию в синапсе между волосковыми клетками внутреннего уха и нервными клетками. Тем не менее, громкие звуки или даже устойчивый умеренный шум – например, звук, распространяющийся через наушники – заставляют волосковые клетки выделять избыток глутамата, подавляя синаптическую передачу звука нейронам головного мозга. Поступление кальция в нейроны внутреннего уха через глутаматные рецепторы, лишенные GluA2, приводит к синаптопатии.
Материалы и методы обследования
В этом исследовании препарат IEM-1460 был введен непосредственно в улитку внутреннего уха посредством хирургического вмешательства.
Результаты научной работы
Исследователи установили, что в некоторых рецепторах, участвующих в передаче волосковых клеток в нервные клетки, отсутствует белок, называемый GluA2, и именно эти рецепторы ответственны за синапопатию или потерю слуха, вызванную непоправимым повреждением синапсов. Биологи использовали препарат на мышах, который избирательно блокировал рецепторы, лишенные GluA2, и предотвращал синаптопатию у мышей при воздействии шума. Метод был похож на оснащение мышей химическими наушниками, которые не давали повредить слух, блокируя нарушение, которое происходит в некоторых синапсах между волосковыми клетками внутреннего уха и нервными клетками, когда возникают громкие шумы.
Эксперименты на мышах показывают, что существует возможность введения препарата, который предотвратит повреждение слуха у людей до того, как они подвергнутся разрушительному шуму. Вероятно, солдаты при столкновении с громкими звуками при исполнении своих обязанностей, могли бы принять лекарственный препарат для защиты слуха перед воздействием этих шумов, но при этом все еще слышать команды.
«Постоянное повреждение слуха может быть вызвано уровнями шума, которые считаются «безопасными», и люди должны быть осторожны при воздействии шума, потому что невозможно восстановить синапсы или регенерировать волосковые клетки», – комментирует автор исследования Стивен Грин (Steven Green). «Наши химические наушники в настоящее время являются лишь указанием на направление исследований, но еще не проверенным, безопасным средством защиты человека».
Исследователи идентифицировали на молекулярном уровне рецепторы без GluA2, то есть те терминалы, которые могут вызвать повреждение слуха, допуская поток кальция. Более того, ученые обнаружили, что, если заблокировать рецепторы без GluA2, рецепторы, содержащие GluA2, улавливают слабый сигнал, и слух сохраняется. В экспериментах на мышах ученые показали, что препарат под названием IEM-1460 может нацеливаться и блокировать рецепторы без GluA2.
«Мы обнаружили, что если заблокировать рецепторы без GluA2, или кальций-проницаемые рецепторы, можно предотвратить повреждение рецепторов, которые могут опосредовать синаптическую передачу», – объясняет Стивен Грин. «Теперь у нас есть препарат, который не препятствует слуху, но предотвращает повреждение слуха».
«Долгое время предполагалось, что кохлеарные синапсы непроницаемы для кальция, потому что все синапсы имеют субъединицу GluA2», – добавляет Стивен Грин. «Мы обнаружили, что улитковые синапсы имеют как GluA2-недостающие, так и GluA2-содержащие глутаматные рецепторы, подразумевая, что некоторые из них действительно чрезмерно проницаемы для кальция. С помощью микроскопии с высоким разрешением улитковых синапсов мы предоставили механистическое объяснение защиты этих синапсов от воздействия шума, блокируя рецепторы глутамата кальция IEM-1460».
Грин надеется найти другие препараты, которые могли бы предотвратить повреждение слуха и которые можно было бы вводить неинвазивно.
Авторы другого исследования утверждают, что в регенерации волосковых клеток поможет перепрограммирование зрелых клеток внутреннего уха.
