闫致强课题组揭示果蝇听觉声电转导的关键离子通道
2021年11月30日，PNAS杂志发表了闫致强课题组的研究论文“Nanchung and Inactive define pore properties of the native auditory transduction channel in Drosophila”。研究发现TRPV通道Nanchung/Inactive (NAN/IAV)是果蝇听觉转导通道的成孔亚基，而TRPN通道NompC发挥调节机械转导（MET）电流动力学的作用。
听觉感知对生物界众多行为有重要作用，从果蝇的求爱行为到人类的语言均有听觉参与。果蝇具有特异分化的听觉感受细胞，能够将声波转换成电信号，但哪些分子（离子通道）介导初级阈下电流并从而完成果蝇听觉的声-电转换尚不清楚[1]。目前存在两种有争议的果蝇听觉转导模式：第一种是“NompC模式”[2, 3]，在这种模式中，机械力敏感性离子通道NompC是负责果蝇听觉转导的离子通道，NAN/IAV作为MET通道的下游对放大神经元电信号是必须的，这就解释了nan或iav突变体导致果蝇听觉器官声音诱发的电位消失[4, 5]的原因。第二种是“NAN-IAV模式”[6]。在这种模式中，NAN与IAV组成听觉转导的离子通道，完成感音神经元中的机械转导；而NompC在听觉转导过程中起着前置放大器的作用，通过增强触角摆动而提高听觉的灵敏度。十余年来，这一争议都是领域内悬而未决的重要问题，然而因为果蝇成虫听觉感受神经元（JO神经元）体积小且其功能依赖于触角的完整性，膜片钳直接记录其阈下听觉转导电流难以实现，阻碍了听觉转导通道的鉴定。
实验室经过多年摸索，克服了技术壁垒，首次实现果蝇听觉感受神经元的膜片钳全细胞记录。结果显示，Cho神经元中机械力诱导的阈下电流具有高灵敏度、强度依赖性响应和脱敏特性。通过对iav以及nan功能缺失果蝇的Cho神经元进行全细胞记录，发现NAN/IAV对果蝇Cho神经元中MET电流的形成是必需的。通过引入NAN/IAV孔道选择性过滤器区域的点突变，我们记录到MET电流的翻转点位发生了明显变化，这一发现为TRPV通道NAN/IAV是果蝇听觉神经元中听觉转导通道的必要成孔亚基提供了决定性证据。我们进一步发现果蝇IAV的C端包含一段其他物种TRPV均没有的序列，在此序列中我们分离鉴定出了负责NAN/IAV正确转运定位以及调控MET电流门控动力学特性的功能片段。同时，我们分析了NompC在听觉转导中的作用，nompC功能缺失果蝇的MET电流幅度与野生型相比没有显著差异，而MET电流适应时间常数减小。值得注意的是，一个丧失离子通透功能的点突变体NompC-E1511K 并未导致MET电流的异常，以上结果说明NompC通过孔道以外的功能区域在感音神经元中发挥作用，调节MET电流的适应时间常数。
图1 果蝇听觉转导机制模型示意图，NAN-IAV定位在听觉感受神经元的在近端纤毛，介导听觉转导电流，NompC位于远端纤毛部分，不依赖于其离子通道功能调节听觉转导电流的门控动力学特征。
本研究的主要贡献在于首次实现果蝇听觉神经元的膜片钳全细胞记录，揭示了TRPV通道NAN/IAV是果蝇听觉神经元中MET通道的成孔亚基，为深入了解听觉转导过程中MET电流的门控机制提供了见解。与触觉转导通道NompC、PIEZO相比，本研究的果蝇感音神经元听觉转导通道对机械力刺激的灵敏性非常高，这一点上与脊椎动物的听觉转导相似，研究价值很高。
复旦大学生命科学院博士厉冰雪与博士研究生李松凌为本文共同第一作者，深圳湾实验室资深研究员闫致强为本论文通讯作者，复旦大学博士生郑红兰参与了该项研究的部分工作。本工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、上海市科技重大项目，复旦大学和深圳湾实验室等方面的资助和支持。
图2 本文共同第一作者李松凌，图片拍摄者为本文第一作者厉冰雪
参考文献：
1. Albert JT, Göpfert MC: Hearing in Drosophila. Curr Opin Neurobiol 2015, 34:79-85
2. Effertz T, Nadrowski B, Piepenbrock D, Albert JT, Göpfert MC: Direct gating and mechanical integrity of Drosophila auditory transducers require TRPN1. Nat Neurosci 2012, 15:1198-1200.
3. Göpfert MC, Albert JT, Nadrowski B, Kamikouchi A: Specification of auditory sensitivity by Drosophila TRP channels. Nat Neurosci 2006, 9:999-1000.
4. Kim J, Chung YD, Park DY, Choi S, Shin DW, Soh H, Lee HW, Son W, Yim J, Park CS, Kernan MJ, Kim C: A TRPV family ion channel required for hearing in Drosophila. Nature 2003, 424:81-84.
5. Gong Z, Son W, Chung YD, Kim J, Shin DW, McClung CA, Lee Y, Lee HW, Chang DJ, Kaang BK, Cho H, Oh U, Hirsh J, Kernan MJ, Kim C: Two interdependent TRPV channel subunits, Inactive and Nanchung, mediate hearing in Drosophila. J Neurosci 2004, 24:9059-9066.
6. Lehnert BP, Baker AE, Gaudry Q, Chiang AS, Wilson RI: Distinct roles of TRP channels in auditory transduction and amplification in Drosophila. Neuron 2013, 77:115-128.