Estereocílios (ouvido interno) - Stereocilia (inner ear)

Estereocílios do ouvido interno do sapo.

No ouvido interno , os estereocílios são as organelas de sensoriamento mecânico das células ciliadas , que respondem ao movimento dos fluidos em vários tipos de animais para várias funções, incluindo audição e equilíbrio. Eles têm cerca de 10–50 micrômetros de comprimento e compartilham algumas características semelhantes de microvilosidades . As células ciliadas transformam a pressão do fluido e outros estímulos mecânicos em estímulos elétricos por meio das muitas microvilosidades que constituem os bastonetes de estereocílios. Os estereocílios existem nos sistemas auditivo e vestibular .

Morfologia

Assemelhando-se a projeções semelhantes a cabelos, os estereocílios são organizados em feixes de 30-300. Dentro dos feixes, os estereocílios são freqüentemente alinhados em várias fileiras de altura crescente, semelhantes a uma escada. No centro desses estereocílios semelhantes a cabelos estão rígidos filamentos de actina reticulados , que podem ser renovados a cada 48 horas. Esses filamentos de actina estão voltados para suas extremidades positivas nas pontas dos estereocílios e suas extremidades negativas na base e podem ter até 120 micrômetros de comprimento. Estruturas filamentosas, chamadas de links de ponta , conectam as pontas dos estereocílios em fileiras adjacentes nos feixes. Os elos da ponta são feitos de filamentos finos quase verticais que se estendem da extremidade superior de um estereocílio mais curto até seu vizinho mais alto. Os links de ponta são análogos a pequenas molas, que, quando esticadas, abrem canais seletivos de cátions , permitindo que os íons fluam através da membrana celular para as células ciliadas. Eles também estão envolvidos na transmissão de força através do feixe e na manutenção da estrutura do feixe de cabelo.

Via auditiva

Seção através do órgão espiral de Corti, ampliada. Os estereocílios são os "fios de cabelo" que se projetam do topo das células ciliadas internas e externas .

Como sensores acústicos em mamíferos , os estereocílios são alinhados no órgão de Corti dentro da cóclea do ouvido interno. Na audição, os estereocílios transformam a energia mecânica das ondas sonoras em sinais elétricos para as células ciliadas, o que acaba levando a uma excitação do nervo auditivo . Os estereocílios são compostos de citoplasma com feixes embutidos de filamentos de actina reticulados . Os filamentos de actina ancoram-se na teia terminal e no topo da membrana celular e estão dispostos em graus de altura. À medida que as ondas sonoras se propagam na cóclea, o movimento do fluido da endolinfa dobra os estereocílios. Se a direção do movimento for em direção aos estereocílios mais altos, desenvolve-se tensão nas ligações das pontas, abrindo mecanicamente os canais de transdução próximos às pontas. Os cátions da endolinfa fluem para a célula, despolarizando a célula ciliada e desencadeando a liberação de neurotransmissores para os nervos próximos, que enviam um sinal elétrico ao sistema nervoso central.

Via vestibular

No sistema vestibular, os estereocílios estão localizados nos órgãos otolíticos e nos canais semicirculares . As células ciliadas do sistema vestibular são ligeiramente diferentes daquelas do sistema auditivo, pois as células ciliadas vestibulares têm um cílio mais alto, denominado cinocílio . Dobrar os estereocílios em direção ao cinocílio despolariza a célula e resulta em aumento da atividade aferente . Dobrar os estereocílios para longe do cinocílio hiperpolariza a célula e resulta em uma diminuição da atividade aferente. Nos canais semicirculares, as células ciliadas são encontradas na crista ampullaris e os estereocílios projetam-se para a cúpula ampular . Aqui, os estereocílios estão todos orientados na mesma direção. Nos otólitos, as células ciliadas são cobertas por pequenos cristais de carbonato de cálcio chamados otocônios . Ao contrário dos ductos semicirculares, os cinocílios das células ciliadas nos otólitos não são orientados em uma direção consistente. Os cinocílios apontam para (no utrículo ) ou para longe (no sáculo ) de uma linha média chamada estríola.

Transdução mecanoelétrica

Na cóclea , um movimento de cisalhamento entre a membrana tectorial e a membrana basilar desvia os estereocílios, afetando a tensão nos filamentos da ponte, que então abrem e fecham os canais iônicos inespecíficos. Quando a tensão aumenta, o fluxo de íons através da membrana para a célula ciliada também aumenta. Esse influxo de íons causa uma despolarização da célula, resultando em um potencial elétrico que, em última análise, leva a um sinal para o nervo auditivo e o cérebro. A identidade dos canais mecanossensíveis nos estereocílios ainda é desconhecida.

Acredita-se que os canais de transdução associados aos estereocílios estejam nas extremidades distais dos estereocílios. As deflexões dos estereocílios na direção dos estereocílios mais altos levam a um aumento da taxa de abertura de canais de cátions não específicos. Isso, por sua vez, causa a despolarização do receptor e leva à excitação dos aferentes do nervo coclear que estão localizados na base da célula ciliada . As deflexões dos estereocílios na direção oposta em direção aos estereocílios mais curtos fazem com que os canais de transdução se fechem. Nessa situação, as células ciliadas ficam hiperpolarizadas e as aferências nervosas não são excitadas.

Existem dois tipos diferentes de fluido que envolvem as células ciliadas do ouvido interno. A endolinfa é o fluido que envolve as superfícies apicais das células ciliadas. O potássio é o principal cátion da endolinfa e acredita-se que seja o responsável pelo transporte das correntes receptoras na cóclea . A perilinfa é encontrada ao redor das laterais e da base das células ciliadas. A perilinfa tem baixo teor de potássio e alto teor de sódio . As diferentes composições iônicas do fluido circundante, além do potencial de repouso da célula ciliada, criam uma diferença de potencial através da membrana apical da célula ciliada, de modo que o potássio entra quando os canais de transdução se abrem. Um influxo de íons de potássio despolariza a célula e causa a liberação de um neurotransmissor que pode iniciar impulsos nervosos nos neurônios sensoriais que fazem sinapses na base da célula ciliada.

Destruição de estereocílios

Os estereocílios (junto com a totalidade da célula ciliada) em mamíferos podem ser danificados ou destruídos por ruídos altos excessivos , doenças e toxinas e não são regeneráveis. De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos EUA, a deficiência auditiva induzida por ruído ambiental é provavelmente o efeito mais prevalente na saúde do ruído . A estrutura / organização anormal de um feixe de estereocílios também pode causar surdez e, por sua vez, criar problemas de equilíbrio para um indivíduo. Em outros vertebrados, se a célula ciliada for danificada, as células de suporte se dividirão e substituirão as células ciliadas danificadas.

Estudos genéticos

O gene da metionina sulfóxido redutase B3 (MsrB3), uma enzima de reparo de proteínas, tem sido implicado na degeneração do feixe de estereocílios em grande escala, bem como muitos outros fatores, como idade gestacional e tolerância a ambientes frios nas plantas. Embora o processo exato de patogênese seja desconhecido, parece estar relacionado à morte celular por apoptose. Um estudo baseado no splicing de morfolinos para regular negativamente a expressão de MsrB3 em peixes-zebra mostrou cílios mais curtos, mais finos e mais apinhados , bem como pequenos otólitos mal posicionados . Vários estereocílios também sofreram apoptose . A injeção com mRNA de MsrB3 de tipo selvagem resgatou déficits auditivos, sugerindo que MsrB3 ajuda a prevenir a apoptose .

Outro gene, DFNB74, foi observado como um gene envolvido na perda auditiva recessiva . A perda auditiva baseada em DFNB74 pode estar relacionada à disfunção mitocondrial . A surdez baseada em DFNB74 e MsrB3 podem estar relacionadas entre si. A pesquisa sobre esses genes é baseada em famílias com surdez recessiva, e várias famílias não relacionadas com essa surdez têm mutações em DFNB74 e MsrB3.

Os estereocílios danificados ou anormais resultantes de mutações genéticas geralmente causam perda auditiva e outras complicações, e podem ser transmitidos às crianças. Em um estudo recente, pesquisadores estudaram camundongos que herdaram um gene mutante de células ciliadas chamado whirlin, que leva a estereocílios mais curtos e mais grossos que são organizados em fileiras adicionais e que muitas vezes morrem após o nascimento. Não existem terapias ou medidas reparadoras atuais para substituir essas células ciliadas defeituosas em humanos. Para corrigir essa mutação, os pesquisadores injetaram uma terapia gênica contendo o gene corrigido no ouvido interno de camundongos com a mutação genética. A terapia restaurou os estereocílios aos comprimentos normais e eliminou as fileiras adicionais de estereocílios em camundongos redemoinhos recém-nascidos. Apesar da restauração das células ciliadas, os camundongos redemoinhos tratados não exibiram sinais de melhora da capacidade auditiva após o teste após um mês e após três meses de tratamento. Novos estudos buscam entender por que a restauração dos estereocílios não melhorou a capacidade auditiva dos camundongos mutantes.

Pesquisa atual

O som acima de um determinado nível de decibéis pode causar danos permanentes aos estereocílios do ouvido interno. Uma nova pesquisa mostrou que o dano pode possivelmente ser revertido se pudermos reparar ou recriar algumas das proteínas nos estereocílios. Neste estudo, os cientistas usaram peixe - zebra para examinar o movimento das proteínas dentro das células do ouvido vivas usando um microscópio confocal . Isso mostrou que as proteínas nos estereocílios se movem rapidamente, indicando que o movimento das proteínas dentro das células ciliadas pode ser um fator muito importante para manter a integridade dos fios de cabelo no ouvido interno. Outras pesquisas descobriram que a miosina e a actina , duas proteínas importantes para o movimento celular, se movem muito rapidamente. Fascin 2b, uma proteína envolvida na reticulação da actina, move-se ainda mais rápido. O movimento constante das proteínas dentro das células, junto com a reposição e o reajuste, ajuda as células a reparar os danos. O movimento rápido dessas proteínas mudou nossa compreensão dos estereocílios e indica que as proteínas dentro dos estereocílios não são imóveis e estáticas. Outras pesquisas esperam investigar a manipulação da dinâmica das proteínas para restaurar a função auditiva humana após danos.

Referências