Stereocilia

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
(เปลี่ยนทางจาก Stereocilia (inner ear))
ดูเพิ่มเติมที่: เซลล์ขน
บทความนี้มีชื่อเป็นภาษาอังกฤษ เนื่องจากชื่อเป็นศัพท์เฉพาะทาง ราชบัณฑิตยสถานยังไม่บัญญัติภาษาไทย หนังสือไทยใช้ศัพท์อังกฤษ

ในหูชั้นในของสัตว์ต่าง ๆ มากมาย Stereocilia เป็นออร์แกเนลล์ของเซลล์ขนซึ่งตอบสนองต่อการไหวของน้ำเพื่อทำหน้าที่ต่าง ๆ รวมทั้งการได้ยินและการทรงตัว Stereocilia ยาวประมาณ 10-50 ไมโครเมตร และมีลักษณะบางอย่างคล้าย ๆ กับ microvilli[1] เซลล์ขนจะแปลความดันในน้ำและสิ่งเร้าเชิงกลอื่น ๆ ให้เป็นกระแสไฟฟ้าผ่าน microvilli จำนวนมากซึ่งเป็นลำตัวของ stereocilia[2] มี Stereocilia ทั้งในระบบการได้ยินและระบบการทรงตัว (Vestibular system)

Stereocilia ของหูชั้นในของกบ

สัณฐานวิทยา[แก้]

คล้ายกับขนที่ยื่นออกมาจากเซลล์ stereocilia จะตั้งเป็นมัด ๆ มัดหนึ่งมีขน 30-300 อัน[3] ในมัดแต่ละมัด stereocilia มักจะจัดเป็นแถว ๆ ที่สูงยิ่ง ๆ ขึ้นไปคล้าย ๆ กับบันได โครงสร้างหลักใน stereocilia ก็คือ ใยโปรตีน actin ๆ ที่เชื่อมยึดกัน ซึ่งสามารถเกิดใหม่ทุก 48 ชม. ใย actin มีด้านบวก (ที่มีลักษณะเป็นเงี่ยงปลา) ที่ยอด และด้านลบ (ที่มีลักษณะแหลม) ที่ฐานและสามารถยาวถึง 120 ไมโครเมตร[3]

โครงสร้างที่เรียกว่าใยเชื่อมปลาย (tip link) จะเชื่อมยอดของ stereocilia ที่อยู่ติดกันแถวต่อแถว เป็นใยบาง ๆ ที่วิ่งจากยอดของ stereocilia ที่สั้นกว่าไปยังด้านข้างของ stereocilia ที่ยาวกว่าติดกัน[2] ใยเชื่อมปลายเป็นเหมือนสปริงตัวเล็ก ๆ ซึ่งเมื่อยืดออก ก็จะเปิดช่องไอออนที่ยอด stereocilia ให้แคตไอออนไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้ามาในเซลล์ขน และยังมีหน้าที่ส่งแรงต่อไปตามมัดขนและช่วยดำรงโครงสร้างของมัดขน[4]

วิถีประสาทการได้ยิน[แก้]

อวัยวะของคอร์ติผ่าและขยาย stereocilia เป็น "ขน" ที่ยื่นออกมากจากยอดของเซลล์ขนด้านใน (inner hair cell) และเซลล์ขนด้านนอก (outer hair cell)

stereocilia เป็นอวัยวะรับเสียงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยอยู่เป็นแถว ๆ ที่อวัยวะของคอร์ติภายในคอเคลียของหูชั้นใน ในการได้ยิน stereocilia จะแปลพลังงานกลของคลื่นเสียงไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าในเซลล์ขน ซึ่งในที่สุดก็จะเร้าโสตประสาท (auditory nerve) ซึ่งส่งสัญญาณต่อไปทางสมอง

Stereocilia ประกอบด้วยไซโทพลาซึมที่มีมัดใย actin เชื่อมรัดกันไว้ โดย actin จะยึดอยู่กับฐานที่เป็นเครือข่ายใย ซึ่งเป็นด้านบนของเยื่อหุ้มเซลล์ที่ลาดจากต่ำไปสูง[2] เมื่อคลื่นเสียงกระจายไปในคอเคลีย การเคลื่อนไหวของน้ำ endolymph ก็จะเบนตัว stereocilia ถ้าไหวไปทาง stereocilia ที่สูงกว่า ก็จะเกิดแรงดึงที่ใยเชื่อมปลาย แล้วเปิดช่องการถ่ายโอนที่อยู่ใกล้ ๆ ยอดโดยแรงกล แคตไอออนจากน้ำ endolymph ก็จะไหลเข้าไปในเซลล์ ทำให้เซลล์ขนลดขั้ว (depolarized) แล้วปล่อยสารสื่อประสาทไปยังปลายประสาทที่อยู่ใกล้ ๆ ซึ่งจะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังระบบประสาทกลางต่อไป

วิถีประสาทการทรงตัว[แก้]

ในระบบการทรงตัว (vestibular system) stereocilia จะอยู่ในอวัยวะที่เรียกว่า otolithic organs (หรือ otolitths) และหลอดกึ่งวงกลม (semicircular canals) เซลล์ขนในระบบการทรงตัวจะต่างจากระบบการได้ยินเล็กน้อย คือ เซลล์ขนในระบบการทรงตัวยังมีขนยาวที่สุดที่เรียกว่า kinocilium การเบน stereocilia ไปยัง kinocilium จะลดขั้วของเซลล์โดยมีผลเป็นการส่งสัญญาณไปทางประสาทนำเข้า การเบนออกไปจาก kinocilium จะเพิ่มขั้วของเซลล์และลดสัญญาณที่ส่งไปทางประสาทนำเข้า

ในหลอดกึ่งวงกลม เซลล์ขนจะอยู่ใน crista ampullaris โดย stereocilia จะยื่นออกไปใน ampullary cupula โดย stereocilia จะเบนไปทางเดียวกัน

ส่วนใน otoliths จะมีผลึกแคลเซียมคาร์บอเนตเล็ก ๆ ที่เรียกว่า otoconia อยู่บนเซลล์ และไม่เหมือนกับในหลอดกึ่งวงกลม kinocilia ของเซลล์ขนใน otoliths จะไม่เบนไปในทางเดียวกัน คือจะเบนไปทาง (ใน utricle) หรือไปจาก (ใน saccule) เส้นกลางที่เรียกว่า striola[5]

การถ่ายโอนแรงกลเป็นไฟฟ้า[แก้]

ในคอเคลีย แรงเฉือนระหว่างเยื่อคลุม (tectorial membrane) และเยื่อฐาน (basilar membrane) จะเบน stereocilia มีผลต่อแรงดึงที่ใยเชื่อมปลาย ซึ่งจะเปิดหรือปิดช่องไอออน[2] คือเมื่อแรงดึงเพิ่ม ไอออนก็จะไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์เพิ่ม ซึ่งทำให้เซลล์ลดขั้ว (depolarized) มีผลเป็นศักย์ไฟฟ้าที่ในที่สุดก็จะส่งทางโสตประสาทไปยังสมอง แต่ว่า ช่องที่มีลักษณะไวแรงกลเช่นนี้ก็ยังกำหนดให้แน่นอนไม่ได้

ช่องถ่ายโอนสัญญาณที่สัมพันธ์กับ stereocilia เชื่อว่า อยู่ที่ยอดสุด[6] การเบน stereocilia ไปทางเส้นที่สูงสุดจะเพิ่มอัตราการเปิดช่องไอออน ซึ่งทำให้เซลล์ลดขั้ว เป็นการเร้าประสาทนำเข้าที่ฐานของเซลล์ขน ส่วนการเบน stereocilia ไปในทางตรงกันข้าม คือไปทางเส้นสั้นสุดจะปิดช่องถ่ายโอนสัญญาณ ในสถานการณ์นี้ เซลล์ขนจะเพิ่มขั้วและไม่เร้าใยประสาทนำเข้า[7][8][9]

มีน้ำ 2 ชนิดที่ล้อมเซลล์ขนของหูชั้นใน endolymph เป็นน้ำที่อยู่ด้านยอดของเซลล์ โดยมีโพแทสเซียมเป็นแคตไอออนหลัก ซึ่งเชื่อว่า เป็นตัวส่งประจุไฟฟ้าเข้าไปในคอเคลีย ส่วนน้ำ Perilymph จะอยู่ที่ข้าง ๆ และฐานของเซลล์ขน แต่จะมีโพแทสเซียมต่ำและมีโซเดียมสูง[8][10]

ความแตกต่างของประจุไอออนในน้ำที่อยู่รอบ ๆ ตลอดจนศักยะพัก (resting potential) ของเซลล์ขน จะสร้างความต่างศักย์ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ที่ยอด โดยโพแทสเซียมจะไหลเข้ามาในช่องเมื่อเปิด ซึ่งก็จะทำให้เซลล์ลดขั้วแล้วปล่อยสารสื่อประสาท อันอาจนำไปสู่การส่งกระแสประสาทในเซลล์ประสาทรับความรู้สึกที่มีไซแนปส์เชื่อมอยู่ที่ฐานของเซลล์

ความเสียหาย[แก้]

Stereocilia (ตลอดจนเซลล์ขนทั้งหมด) ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถเสียหายหรือถูกทำลายได้โดยเสียงที่ดังเกิน โรค และสารพิษ และไม่สามารถจะเกิดใหม่ได้[3][11] เสียงในสิ่งแวดล้อมน่าจะมีผลเสียหายต่อการได้ยินที่สามัญที่สุด ตามข้อมูลของสำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมสหรัฐ โครงสร้างหรือระเบียบของมัดขน stereocilia ที่ผิดปกติสามารถทำให้หูหนวกและสร้างปัญหาการทรงตัว ในสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่น ถ้าเซลล์ขนเสียหาย เซลล์ค้ำจุนสามารถแบ่งตัวแล้วทดแทนเซลล์ขนที่เสียหายได้[2]

งานศึกษาทางพันธุกรรม[แก้]

ยีน methionine sulfoxide reductase B3 (MsrB3) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ช่วยซ่อมโปรตีน (ที่เปลี่ยน methionine-R-sulfoxide เป็น methionine) เป็นตัวการอย่างหนึ่งที่ทำให้มัดขน stereocilia เสื่อมลงในปริมาณมาก ๆ[12] และเป็นปัจจัยแก่สิ่งอื่น ๆ มากมายเช่น อายุครรภ์[13] ตลอดจนความทนทานความหนาวของพืชด้วย[14]

แม้ว่ากระบวนการเกิดโรคยังไม่ชัดเจน แต่ก็ดูเหมือนจะสัมพันธ์กับการตายของเซลล์เนื่องกับอะพอพโทซิส[12] การตัดต่อยีนอาศัย morpholinos เพื่อลดการแสดงออกของยีน MsrB3 ในปลาม้าลายมีผลเป็นขนเซลล์ที่สั้นกว่า บางกว่า และหนาแน่นกว่า ตลอดจน otolith ที่เกิดผิดที่ นอกจากนั้นแล้ว stereocilia จำนวนหนึ่งยังเกิดอะพอพโทซิสอีกด้วย การฉีด MsrB3 mRNA แบบปกติตามธรรมชาติ (wild-type) เข้าไป แก้ความเสียหายในการได้ยินได้ ซึ่งแสดงว่า MsrB3 ช่วยป้องกันอะพอพโทซิส[15]

ยีนอีกอย่างหนึ่ง คือ DFNB74 ก็พบว่ามีบทบาทในการสูญการได้ยินแบบด้อย (recessive)[16] การสูญเสียการได้ยินเนื่องจาก DFNB74 อาจจะสัมพันธ์กับความผิดปกติของไมโทคอนเดรีย และความพิการเนื่องจาก DFNB74 กับ MsrB3 ก็อาจสัมพันธ์กันด้วย งานวิจัยทางยีนเหล่านี้ได้ทำกับคนหูหนวกแบบด้อย (recessive) หลายครอบครัวที่ไม่ใช่ญาติกัน แล้วพบการกลายพันธุ์ทั้งในยีน DFNB74 และ MsrB3[17]

stereocilia ที่เสียหายหรือผิดปกติเนื่องจากการกลายพันธุ์ของยีนบ่อยครั้งเป็นเหตุให้เสียการได้ยินและความพิการอื่น ๆ โดยสามารถสืบต่อไปยังลูกหลานได้ ในงานศึกษาเร็ว ๆ นี้ นักวิจัยได้ศึกษาหนูที่ได้กรรมพันธุ์ของยีนเซลล์ขนกลายพันธุ์เรียกว่า whirlin ซึ่งทำให้มี stereocilia สั้น ๆ อ้วน ๆ เป็นแถว ๆ เพิ่ม ที่บ่อยครั้งเซลล์จะตายหลังจากคลอด[18] ยังไม่มีการบำบัดแก้ไขเพื่อแก้เซลล์ขนผิดปกติเช่นนี้ในมนุษย์

ในการพยายามแก้ปัญหานี้ นักวิจัยได้ใช้การบำบัดโดยยีน (gene therapy) ที่ฉีดยีนปกติเข้าไปในหูชั้นในของหนูริ่งที่มีปัญหา ซึ่งก็แก้ stereocilia ให้ยาวเป็นปกติ และกำจัดแถวขนที่เพิ่ม แต่แม้เซลล์ขนจะกลับเป็นปกติ หนูหริ่งก็ไม่ปรากฏว่าได้ยินดีขึ้นตามการทดสอบที่ทำเดือนหนึ่งและสามเดือนหลังจากการรักษา งานศึกษาต่อไป ๆ กำลังตรวจว่า ทำไมการคืนสภาพของ stereocilia จึงไม่ทำให้ได้ยินดีขึ้น

งานวิจัยปัจจุบัน[แก้]

เสียงที่ดังถึงระดับอาจทำให้ stereocilia ของหูชั้นในเสียหายอย่างแก้ไขไม่ได้ แต่ก็มีงานวิจัยที่แสดงว่า อาจแก้ได้ถ้าสามารถแก้ไขหรือสร้างใหม่โปรตีนบางอย่างใน stereocilia งานศึกษานี้ใช้ปลาม้าลายเพื่อตรวจดูการเคลื่อนไหวของโปรตีนภายในเซลล์หูที่ยังมีชีวิตอยู่โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบ confocal แล้วพบว่า โปรตีนใน stereocilia เคลื่อนไหวได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งแสดงว่า การเคลื่อนไหวของโปรตีนอาจเป็นปัจจัยสำคัญมากสำหรับความสมบูรณ์ของมัดขนในหูชั้นใน งานวิจัยต่อมาพบว่า myosin และ actin เป็นโปรตีนสำคัญที่ทำให้เซลล์เคลื่อนไหวได้อย่างรวดเร็ว และ Fascin 2b ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีบทบาทเชื่อม actin เข้าด้วยกัน เคลื่อนไหวได้เร็วยิ่งกว่านั้น การเคลื่อนไหวเรื่อย ๆ ของโปรตีนในเซลล์ ตลอดจนการเปลี่ยนทดแทนและการปรับเปลี่ยน ช่วยเซลล์แก้ไขความเสียหาย การเคลื่อนไหวเร็วของโปรตีนเหล่านี้ได้เปลี่ยนความคิดในเรื่อง stereocilia และแสดงว่า โปรตีนใน stereocilia ไม่ได้อยู่นิ่ง ๆ งานวิจัยต่อ ๆ มาหวังจะหาทางจัดการโปรตีนเหล่านี้เพื่อรักษาการได้ยินที่เสียหายในมนุษย์[19]

เชิงอรรถและอ้างอิง[แก้]

  1. Caceci, T. "VM8054 Veterinary Histology: Male Reproductive System". สืบค้นเมื่อ 2016-02-16. 
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Alberts, B; Johnson, A; Lewis, J; Raff, M; Roberts, K; Walter, P (2002). The Molecular Biology of the Cell. Garland Science Textbooks. 
  3. 3.0 3.1 3.2 Rzadzinska, AK; Schneider, ME; Davies, C; Riordan, GP; Kachar, B (2004). "An actin molecular treadmill and myosins maintain stereocilia functional architecture and self-renewal". J. Cell Biol. 164 (6): 887–97. PMC 2172292. PMID 15024034. doi:10.1083/jcb.200310055. 
  4. Tsuprun, V; Santi, P (2002). "Structure of outer hair cell stereocilia side and attachment links in the chinchilla cochlea.". J. Histochem. Cytochem. 50 (4): 493–502. PMID 11897802. doi:10.1177/002215540205000406. 
  5. Gray, Lincoln. "Chapter 10: Vestibular System: Structure and Function". Neuroscience Online: an electronic book for the neurosciences, McGovern Medical School, University of Texas. Archived from the original on 2017-05-18. สืบค้นเมื่อ 2017-05-18. 
  6. Hudspeth, A. J. (1982). "Extracellular current flow and the site of transduction by vertebrate hair cells". The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience 2 (1): 1–10. PMID 6275046. 
  7. Hackney, C. M.; Furness, D. N. (1995). "Mechanotransduction in vertebrate hair cells: Structure and function of the stereociliary bundle". The American journal of physiology 268 (1 Pt 1): C1–13. PMID 7840137. 
  8. 8.0 8.1 Corey, D. P.; Hudspeth, A. J. (1979). "Ionic basis of the receptor potential in a vertebrate hair cell". Nature 281 (5733): 675–677. PMID 45121. doi:10.1038/281675a0. 
  9. Ohmori, H. (1985). "Mechano-electrical transduction currents in isolated vestibular hair cells of the chick". The Journal of Physiology 359: 189–217. PMC 1193371. PMID 2582113. doi:10.1113/jphysiol.1985.sp015581. 
  10. Bosher, S. K.; Warren, R. L. (1978). "Very low calcium content of cochlear endolymph, an extracellular fluid". Nature 273 (5661): 377–378. PMID 661948. doi:10.1038/273377a0. 
  11. Jia, Shuping (2009). "Fate of mammalian cochlear hair cells and stereocilia after loss of the stereocilia.". Journal of Neuroscience 29 (48): 15277–85. PMC 2795320. PMID 19955380. doi:10.1523/jneurosci.3231-09.2009. 
  12. 12.0 12.1 Kwon, Tae-Jun (2013-11-03). "Methionine sulfoxide reductase B3 deficiency causes hearing loss due to stereocilia degeneration and apoptotic cell death in cochlear hair cells". Oxford Journals 23: 1591–1601. doi:10.1093/hmg/ddt549. สืบค้นเมื่อ 2015-12-03. 
  13. Lee, Hwajin (2012). "DNA methylation shows genome-wide association of NFIX, RAPGEF2 and MSRB3 with gestational age at birth". Oxford Journals 41: 188–99. PMC 3304532. PMID 22422452. doi:10.1093/ije/dyr237. สืบค้นเมื่อ 2015-12-03. 
  14. Kwon, Sun Jae; Kwon, Soon Il; Bae, Min Seok; Cho, Eun Ju; Park, Ohkmae K. (2007-12-01). "Role of the Methionine Sulfoxide Reductase MsrB3 in Cold Acclimation in Arabidopsis". Plant and Cell Physiology 48 (12): 1713–1723. ISSN 0032-0781. PMID 17956860. doi:10.1093/pcp/pcm143. 
  15. Shen, Xiaofang; Liu, Fei; Wang, Yingzhi; Wang, Huijun; Ma, Jing; Xia, Wenjun; Zhang, Jin; Jiang, Nan และคณะ. "Down-regulation of msrb3 and destruction of normal auditory system development through hair cell apoptosis in zebrafish". The International Journal of Developmental Biology 59 (4-5-6): 195–203. doi:10.1387/ijdb.140200md. 
  16. Waryah, Am; Rehman, A; Ahmed, Zm; Bashir, Z-H; Khan, Sy; Zafar, Au; Riazuddin, S; Friedman, Tb และคณะ (2009-09-01). "DFNB74, a novel autosomal recessive nonsyndromic hearing impairment locus on chromosome 12q14.2-q15". Clinical Genetics 76 (3): 270–275. ISSN 1399-0004. doi:10.1111/j.1399-0004.2009.01209.x. 
  17. Ahmed, Zubair M.; Yousaf, Rizwan; Lee, Byung Cheon; Khan, Shaheen N.; Lee, Sue; Lee, Kwanghyuk; Husnain, Tayyab; Rehman, Atteeq Ur และคณะ (2011-01-07). "Functional Null Mutations of MSRB3 Encoding Methionine Sulfoxide Reductase Are Associated with Human Deafness DFNB74". American Journal of Human Genetics 88 (1): 19–29. ISSN 0002-9297. PMC 3014371. PMID 21185009. doi:10.1016/j.ajhg.2010.11.010. 
  18. "Gene therapy corrects stereocilia defects in the inner ears of mice with inherited deafness". www.nidcd.nih.gov. สืบค้นเมื่อ 2015-12-04. 
  19. Hwang, Philsang; Chou, Shih-Wei; Chen, Zongwei; McDermott, Brian M. "The Stereociliary Paracrystal Is a Dynamic Cytoskeletal Scaffold In Vivo". Cell Reports 13 (7): 1287–1294. ISSN 2211-1247. PMC 4654971. PMID 26549442. doi:10.1016/j.celrep.2015.10.003.