TRANSDUCCIÓN MECANOELÉCTRICA EN LAS CÉLULAS CILIADAS


La transducción del estímulo mecánico en electroquímico tiene lugar en el polo apical de las células ciliadas, como consecuencia de la elevación de la membrana basilar y el consiguiente desplazamiento de las bandas de estereocilios hacia la banda de estereocilios más altos.

Esto provoca la apertura de más canales mecanotransductores dispuestos en los estereocilios, y la corriente de entrada principalmente de potasio y en mucha menor medida de calcio a favor del gradiente electroquímico provoca un potencial de receptor despolarizante que se transmite electrotónicamente hacia el polo basolateral.

La despolarización abre canales para calcio voltaje dependientes en la membrana basolateral que permiten la entrada de calcio hacia el citoplasma de la célula ciliada desde la perilinfa que rodea la membrana basolateral de la célula ciliada y desatan la liberación vesicular de glutamato que actúa como neurotransmisor excitador al unirse a los receptores para glutamato dispuesto en las aferentes auditivas primarias en contacto con el polo basal en donde originan a su vez un potencial generador que dará lugar a una respuesta activa propagada en la aferente primaria hacia el SNC.

Las concentraciones de calcio y potasio en el citoplasma de la célula ciliada se reestablecen gracias a la apertura de canales para Kv y KCa (voltaje y calcio dependientes) que permiten la salida del potasio hacia la perilinfa disponible así para el reciclaje del potasio, y una bomba de calcio que lo retorna a la perilinfa.

Hay varias proteínas implicadas en la apertura del canal mecanotransductor (MET) formando parte de un complejo responsable de la mecanotransducción que incluirían:

El canal de mecanotransducción se especuló que podría ser del tipo de potencial de receptor transitorio, pero hoy un consenso generalizado que apunta a un canal MET formado por 2 subunidades tipo 1/2 de TMC (Proteína de canal mecanotransductor transmembrana) que formarían el poro del canal.

Estos canales MET están localizados en la punta del estereocilio con un tamaño de poro de 1,2nm lo que permite el paso de cationes incluso de gran tamaño.

Tanto TMC1 como TMC2 se expresa solo en la punta de los estereocilios más cortos.

Los ratones KO o mutaciones puntuales en genes TMC, respectivamente anulan la corriente a través del canal y provocan cambios en la conductancia y selectividad del canal. La conductancia unitaria de canal único es elevada entre 100-300pS y varía según especie, según donde este localizado el canal en la cóclea, según la expresión de TMC1 ó TMC2 y según la concentración citoplasmática de calcio.

TMC se ensambla en dímeros para formar el canal y cada subunidad presenta 10 dominios transmembrana, los dominios 4-7 forman la pared del poro y tiene residuos con carga negativa en su boca lo que facilitan la entrada de los cationes potasio.

En las preparaciones microscópicas se observan pequeñas uniones en la punta entre los estereocilios más bajos y altos, estas uniones en la punta están formadas por filamentos enrollados de CDH23 (Caderina 23), que se une a la membrana del estereocilio más alto, y se unen a filamentos enrollados de PCDH15 (Protocaderina 15 ) que forman la parte inferior de la unión en la punta, que se une al estereocilio más corto donde se encuentra asociado al complejo del canal MET.

La PCDH15 forma un complejo con dos moléculas de TMHS ( Proteína de membra de estereocilios de células ciliadas con 4 dominios transmembrana) que los fijan y permiten que la fuerza ejercida sobre la unión en la punta sea transmitida al canal MET.

La TMHS tiene 4 dominios transmembrana que sólo se expresa en los estereocilios más cortos.

TMIE

TMIE es una proteína integral de membrana con dos dominios transmembrana que se necesitan para mover el TMC1 a la punta del estereocilio durante el desarrollo. TMIE está asociado y muy próximo al canal MET y formando parte del complejo con PCDH15-TMHS. TMIE podría actuar como una proteína de enlace entre TMC1/2 y el complejo PCDH15-TMHS.

Por último CIB2 (Proteína ligante de calcio e integrina tipo 2) está unida a TMC1 o TMC2 contribuyendo al anclaje de canal MET en la membrana y también está unido a la proteína citoplasmática anquirina, que su vez está unida a la actina citoplasmática. La anquirina, que se une a TMC vía CIB2, es una proteína de andamiaje y permite la conexión con el citoesqueleto de actina que rellena los estereocilios. La anquirina actuaría como el muelle que enlaza el canal MET al citoesqueleto de la célula ciliada.

Modelos propuestos para la mecanotransducción

Modelo de ronzal

En el que el canal MET estaría físicamente anclado a las uniones en la punta y al citoesqueleto intracelular. Las fuerzas ejercidas por las uniones en la punta abrirían el canal directamente (interacción directa proteína a proteína). En contra en cada estereocilio se han descrito entre 8-20 canales MET y sólo un filamento de unión en la punta por estereocilio.

Modelo de tensión lateral

Los canales MET están libres flotando en la membrana y la tensión sobre la membrana debida a la fuerza ejercida por el filamento de unión en la punta es suficiente para abrir el canal MET.

La apertura del canal sería directamente dependiente de la tensión de la membrana. En contra de este modelo, la tensión de membrana necesaria para abrir el canal es muy superior a la sensibilidad que presenta el canal MET al desplazamiento de los estereocilios y además, no está de acuerdo con el gran acoplamiento entre la apertura del canal y la relajación de la banda de estereocilios.

Modelo unificador

En este modelo los canales MET están conectados al citoesqueleto vía CIB2/anquirina (muelle de compuerta) pero no físicamente unido a los filamentos de unión en la punta. Durante la deflexión de las bandas de estereocilios, la fuerza de tiro de los filamentos de unión en la punta de los estereocilios más cortos alejaría la membrana del citoesqueleto subyacente. Este estiramiento inducido de la membrana y la fuerza del muelle en el anclaje al citoesqueleto de CIB2/anquirina abrirían sinérgicamente el poro del canal TMC1/2.

En este caso la función de los filamentos de unión en la punta es transmitir la tensión localmente en la vecindad del complejo TMC/CIB2/anquirina, pero no estaría directamente conectado al complejo. Las dos proteínas TMHS forman un complejo con un dímero PCDH15 con extensas interacciones entre sus dominios transmembrana y la membrana, ayudando a anclar el complejo en la membrana y facilitar la transmisión de la tensión de membrana al canal. TMIE como parte del complejo del canal actuaría modulando la apertura del canal, las propiedades del poro o directamente en la formación del canal.