YAN LAB

        听觉是人类的主要感官之一。人类对声音的感知始于内耳中的柯蒂氏器（Corti organ）。柯蒂氏器中含有超过 16000 个毛细胞，而将声音由机械信号转换为电信号的机械传导通道即被认为定位于毛细胞上呈阶梯状排列的毛细胞发束（hair cell bundle）上。亚里士多德定义的五种感官中，介导嗅觉、味觉、视觉、触觉的受体基因早已被相继确定，两位美国科学家也曾因发现气味受体和嗅觉系统的组织方式而获得了 2004 年诺贝尔生理学或医学奖。然而经过多年的研究，负责听觉转导的分子却一直未能确定，成为听觉领域研究一个亟待解决的至关重要的问题。

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       听觉转导通道有众多候选编码基因，其中包括 TMC1 和 TMC2 基因。在耳聋患者的人类遗传学研究中最早发现了 TMC1 的突变，并且利用小鼠证明了 TMC1 和 TMC2 基因是毛细胞机械转导电流所必需的，在果蝇和线虫中 TMC 也在感觉系统中起着十分重要的作用。 TMC1/2 均在毛细胞中表达，并位于发生机械转导的静纤毛(stereocilia)尖端。 TMC1/2 蛋白是否为离子通道以及是否受机械力门控却一直未被证明，成为确认TMC1/2 是否是听觉转导离子通道的一个瓶颈问题。

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       TMC 家族蛋白在培养的细胞中难以被运输到细胞膜上，因而不能通过常规的培养细胞电生理记录其电生理特征。为克服这一技术难题，我们另辟蹊径，使用了结构生物中常用的同源筛选的方法，筛选了来自 21 种脊椎动物 的 TMC 蛋白, 将纯化的 TMC1 和 TMC2 蛋白进行脂质体重组，探究 TMC 是否确实为离子通道。和大多数结构生物学中的情况类似，我们发现 21 种脊椎动物的 TMC 蛋白中，大多数（包括人和小鼠的 TMC 蛋白—）不能高纯度表达，但其中两种，来自绿海龟 (Chelonia mydas)的 TMC1（CmTMC1）与来自虎皮鹦鹉(Melopsittacus undulates) 的 TMC2（MuTMC2）能够在昆虫细胞中高纯度表达。在随后的脂质体重组实验中，我们发现 CmTMC1 和 MuTMC2 蛋白具有离子通道活性，表现为外加电压能够产生通道电流。进一步使用高速压力钳(high-speed pressure clamp, HSPC)对重组 CmTMC1 和 MuTMC2 通道施加压力，发现二者均可直接响应机械力产生机械力敏感电流，且响应电流强度与单通道开放概率随所施压力增大而增加。另一方面，基于导致人类和小鼠耳聋的 TMC1 突变位点，我实验室设计并表达纯化了数个带有保守氨基酸突变的 CmTMC1 点突变蛋白。体外脂质体重建与功能实验表明，这些突变体蛋白表现出通道活性降低或机械刺激响应缺陷。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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        虽然该研究主要集中于 CmTMC1 和 MuTMC2，但其与人类的 TMC1 和 TMC2 具有高度进化保守性（CmTMC1 和人类 TMC1：72%序列相同，85% 序 列相似; MuTMC2 与人类 TMC2：66%序列相同，76%序列相似）。这些证据最终基本确立了 TMC1/2 的确是科学家们寻找已久的耳蜗毛细胞的听觉转导机械力门控离子通道，解决了困扰听觉领域近40年的问题。此项研究以 "TMC1 and TMC2 proteins are pore-forming subunits of mechanosensitive ion channels" 为题，发表在 Neuron 并被选为封面。