Рыбы используют ген глухоты для восприятия движения воды
Исследователи из Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили, что рыбы воспринимают движение воды тем же способом, что и люди — звук. Ген, также присутствующий у людей, помогает рыбкам данио-рерио преобразовывать движение воды в электрические импульсы, которые отправляются в мозг. Этот общий ген позволяет данио чувствовать направление потока воды, а клеткам внутреннего уха человека — воспринимать широкий спектр звуков.
Ген кодирует белок в волосковых клетках, которые улавливают звук в ухе. Мутации в этом гене могут вызывать глухоту у людей. Помимо ушей, волосковые клетки расположены по всему телу данио для восприятия потока воды. Клетки на поверхности тела ориентированы в разные стороны, чтобы чувствовать движение вокруг. Однако новое исследование показало, что эти клетки не идентичны, как считалось ранее — каждая использует ген глухоты немного по-разному.
«Мы обнаружили, что обнаружение потока воды спереди рыбы больше зависит от гена tmc2b, чем поток сзади. Вода спереди сопровождает обычное плавание вперёд, а вода сзади может означать преследование хищником. Таким образом, данио используют разные молекулярные механизмы для определения направления потока воды», — объяснил Брайан Макдермотт-младший, PhD.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, углубляется в механизм механотрансдукции — как волосковые клетки воспринимают механические звуковые волны (или водные волны) и преобразуют их в сигналы мозга. Команда обнаружила, что волосковые клетки на коже данио используют разные гены механотрансдукции (например, tmc2b) в зависимости от своей ориентации.
«Не все волосковые клетки одинаковы. Они различаются в зависимости от направления, в котором обращены, и это ключ к определению направления потока воды», — отметил Макдермотт.
Исследование определяет tmc2b как центральный для механотрансдукции ген. Он необходим волосковым клеткам для передачи сигналов в мозг, что может объяснять его роль в генетической глухоте.
«Наши выводы напрямую связаны со слухом человека. Мы изучили ген рыбки данио, аналогичный человеческому гену, вызывающему глухоту, и показали, что дефект заключается в процессе механотрансдукции», — сказал Макдермотт.
На основе результатов учёные создали «механосенсорную карту» волосковых клеток данио. Карта показывает, как расположение и ориентация клетки связаны с её способностью чувствовать движение воды, а также как разные клетки зависят или могут функционировать независимо от гена глухоты tmc2b. Эта карта может помочь в будущих исследованиях механотрансдукции волосковых клеток человека и причин генетической глухоты.
«Волосковые клетки данио особенно доступны для экспериментов, в отличие от клеток уха млекопитающих. Вы можете изучать развитие и функционирование интактных волосковых клеток у рыб на более высоком уровне», — пояснил Макдермотт.
Различия в волосковых клетках помогают рыбам чувствовать паттерны течения воды, а людям — возможно, воспринимать разные звуки.
«В млекопитающих волосковые клетки — это сенсорные клетки уха. Наши данные позволяют предположить, что у млекопитающих, включая людей, могут существовать молекулярные различия между волосковыми клетками, которые позволяют нам слышать прекрасный диапазон звуков», — заключил Макдермотт.