深圳子科生物報(bào)道：跨膜離子通道樣蛋白TMC1的突變，會(huì)導(dǎo)致聽覺、前庭缺陷和人類家族遺傳性耳聾，但其功能和分子機(jī)制存在很大爭(zhēng)議。

1月25日，浙江大學(xué)康利軍研究組在Neuron雜志上發(fā)表了題為“TMC proteins modulate egg-laying and membrane excitability through a background leak conductance in C. elegans”的研究論文，揭示TMC-1和TMC-2可通過恒定的背景Na+電流，維持神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的靜息膜電位和興奮性，并調(diào)控相應(yīng)的行為范式。這一發(fā)現(xiàn)不僅為闡明先天性耳聾的機(jī)制提供了新的線索，而且揭示了肌肉細(xì)胞中的興奮性背景鈉通道，為相關(guān)神經(jīng)、肌肉系統(tǒng)疾病的診斷、治療和藥物開發(fā)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每1000個(gè)新生兒中有2～3名聾兒，其中一半以上的新生聾兒是由致聾基因突變導(dǎo)致的遺傳性耳聾?？缒るx子通道樣蛋白（TMC，Transmembrane channel–like proteins）是一類新型的離子通道樣蛋白家族，共有八個(gè)亞型。TMC1是內(nèi)耳中聽毛細(xì)胞將聲波的機(jī)械振動(dòng)刺激轉(zhuǎn)換為聽神經(jīng)的電信號(hào)所必須的組分，TMC1基因突變是家族遺傳性耳聾的常見病因。本月Nature雜志上發(fā)表的論文表明，通過CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)糾正Tmc1基因上的突變點(diǎn)，可以恢復(fù)突變小鼠的聽力。先前文獻(xiàn)報(bào)道TMC1是聽毛細(xì)胞感受聲波刺激的機(jī)械敏感離子通道，然而此假說還缺乏實(shí)驗(yàn)證實(shí)，也有報(bào)道認(rèn)為TMC1跟高堿感受和運(yùn)動(dòng)相關(guān)。另外，TMC蛋白家族中其他亞型蛋白的生理功能和作用機(jī)制一直以來也所知甚少。在本研究中，康利軍課題組發(fā)現(xiàn)TMC蛋白對(duì)于維持相關(guān)神經(jīng)元和肌肉細(xì)胞的靜息膜電位至關(guān)重要，進(jìn)而調(diào)控神經(jīng)和肌肉組織的興奮性。

康利軍研究組發(fā)現(xiàn)，TMC-1在秀麗線蟲神經(jīng)、肌肉系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，而TMC-2特異性表達(dá)于肌肉細(xì)胞中。 TMC-1和TMC-2的缺失，均會(huì)導(dǎo)致秀麗線蟲產(chǎn)卵行為缺陷?？道娬n題組的研究人員首先想到產(chǎn)卵行為跟機(jī)械感受之間可能存在密切的，也就是卵到達(dá)排卵部位后，可能對(duì)相關(guān)的神經(jīng)元和肌肉組織產(chǎn)生擠壓作用，而這種擠壓力由什么蛋白感受，先前未見報(bào)道。

通過構(gòu)建表達(dá)有GCaMP5.0熒光蛋白的轉(zhuǎn)基因品系，以在體胞內(nèi)鈣成像檢測(cè)，研究人員發(fā)現(xiàn)TMC蛋白對(duì)于維持卵孔肌肉細(xì)胞（VM）和HSN神經(jīng)元的節(jié)律性鈣震蕩至關(guān)重要。而基于ChR2和CoChR轉(zhuǎn)基因的光遺傳實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，也進(jìn)一步證明了這一論斷。

為了進(jìn)一步探索TMC蛋白調(diào)控細(xì)胞興奮性的分子機(jī)理，康利軍研究組研究人員記錄并檢測(cè)了相關(guān)神經(jīng)元和肌肉細(xì)胞的電生理特性。有意思的是，他們發(fā)現(xiàn)在tmc突變體中，VM 肌肉細(xì)胞、HSN神經(jīng)元以及ASH神經(jīng)元的靜息電位都明顯偏低，細(xì)胞處于超極化狀態(tài)，因此其可興奮性均顯著降低。同時(shí)，這些細(xì)胞上的背景Na+漏電流（background Na+ leak current）都顯著減?。ㄏ聢D）。此外，TMC -1在ASI神經(jīng)元（頭部感覺神經(jīng)元）上的異位表達(dá)，則能顯著加大其背景Na+電流，并提升細(xì)胞的靜息膜電位，增強(qiáng)其可興奮性。

在接下來的研究中，康利軍研究組研究人員發(fā)現(xiàn)以三環(huán)抗抑郁藥丙米嗪（imiprimine）處理，抑制肌細(xì)胞上的背景K+通道(EAG K+)活性，或者基因敲除肌細(xì)胞上的UNC-103鉀通道，可以*拯救恢復(fù)tmc基因突變體的行為缺陷（下圖）。這些結(jié)果表明，tmc基因突變?cè)斐傻倪z傳疾病，有可能通過藥物或遺傳學(xué)方法調(diào)控與TMC蛋白功能相關(guān)的其他基因的活性而得以治療。

有意思的是，組織特異性過表達(dá)小鼠TMC1、 TMC2或人源TMC3 均可以拯救恢復(fù)tmc突變體線蟲在行為、鈣成像和電生理上的缺陷表型，表明哺乳動(dòng)物類TMC基因和秀麗線蟲TMC具有進(jìn)化上的保守性和類似功能機(jī)制。這項(xiàng)研究揭示了TMC蛋白可通過背景Na+漏電流，維持細(xì)胞（神經(jīng)元和肌肉）的膜電位，進(jìn)而影響細(xì)胞本體興奮性，并調(diào)控相應(yīng)的行為輸出，從而為早期診斷和治療遺傳性耳聾和其他相關(guān)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病，提供了新的線索（下圖）。 

浙江大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)博士生岳曉敏、趙劍、碩士生李笑為論文的共同*作者。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員康利軍博士和弗洛里達(dá)大學(xué)衰老研究所肖睿博士為本論文的共同通訊作者。該研究工作獲得了國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省自然科學(xué)基金的資助。

  課題組成員合影（左到右依次是：岳曉敏、趙劍、康利軍老師、李笑）