Stereocilia

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

== สัณฐานวิทยา ==
คล้ายกับขนที่ยื่นออกมาจากเซลล์ stereocilia จะตั้งเป็นมัด ๆ มัดหนึ่งมีขน 30-300 อัน
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
โครงสร้างที่เรียกว่าใยเชื่อมปลาย (tip link) จะเชื่อมยอดของ stereocilia ที่อยู่ติดกันแถวต่อแถว
เป็นใยบาง ๆ ที่วิ่งจากยอดของ stereocilia ที่สั้นกว่าไปยังด้านข้างของ stereocilia ที่ยาวกว่าติดกัน
ใยเชื่อมปลายเป็นเหมือนสปริงตัวเล็ก ๆ ซึ่งเมื่อยืดออก ก็จะเปิดช่องไอออนที่ยอด stereocilia ให้แคตไอออนไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้ามาในเซลล์ขน
และยังมีหน้าที่ส่งแรงต่อไปตามมัดขนและช่วยดำรงโครงสร้างของมัดขน
== วิถีประสาทการได้ยิน ==

stereocilia เป็นอวัยวะรับเสียงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยอยู่เป็นแถว ๆ ที่อวัยวะของคอร์ติภายในคอเคลียของหูชั้นใน
ในการได้ยิน stereocilia จะแปลพลังงานกลของคลื่นเสียงไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าในเซลล์ขน ซึ่งในที่สุดก็จะเร้าโสตประสาท (auditory nerve) ซึ่งส่งสัญญาณต่อไปทางสมอง
Stereocilia ประกอบด้วยไซโทพลาซึมที่มีมัดใย actin เชื่อมรัดกันไว้
โดย actin จะยึดอยู่กับฐานที่เป็นเครือข่ายใย ซึ่งเป็นด้านบนของเยื่อหุ้มเซลล์ที่ลาดจากต่ำไปสูง
เมื่อคลื่นเสียงกระจายไปในคอเคลีย การเคลื่อนไหวของน้ำ endolymph ก็จะเบนตัว stereocilia
ถ้าไหวไปทาง stereocilia ที่สูงกว่า ก็จะเกิดแรงดึงที่ใยเชื่อมปลาย แล้วเปิดช่องการถ่ายโอนที่อยู่ใกล้ ๆ ยอดโดยแรงกล
แคตไอออนจากน้ำ endolymph ก็จะไหลเข้าไปในเซลล์ ทำให้เซลล์ขนลดขั้ว (depolarized) แล้วปล่อยสารสื่อประสาทไปยังปลายประสาทที่อยู่ใกล้ ๆ ซึ่งจะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังระบบประสาทกลางต่อไป
== วิถีประสาทการทรงตัว ==
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
== การถ่ายโอนแรงกลเป็นไฟฟ้า ==
ในคอเคลีย แรงเฉือนระหว่างเยื่อคลุม (tectorial membrane) และเยื่อฐาน (basilar membrane) จะเบน stereocilia มีผลต่อแรงดึงที่ใยเชื่อมปลาย ซึ่งจะเปิดหรือปิดช่องไอออน
คือเมื่อแรงดึงเพิ่ม ไอออนก็จะไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์เพิ่ม
ซึ่งทำให้เซลล์ลดขั้ว (depolarized) มีผลเป็นศักย์ไฟฟ้าที่ในที่สุดก็จะส่งทางโสตประสาทไปยังสมอง
แต่ว่า ช่องที่มีลักษณะไวแรงกลเช่นนี้ก็ยังกำหนดให้แน่นอนไม่ได้
ช่องถ่ายโอนสัญญาณที่สัมพันธ์กับ stereocilia เชื่อว่า อยู่ที่ยอดสุด
การเบน stereocilia ไปทางเส้นที่สูงสุดจะเพิ่มอัตราการเปิดช่องไอออน
ซึ่งทำให้เซลล์ลดขั้ว เป็นการเร้าประสาทนำเข้าที่ฐานของเซลล์ขน
ส่วนการเบน stereocilia ไปในทางตรงกันข้าม คือไปทางเส้นสั้นสุดจะปิดช่องถ่ายโอนสัญญาณ
ในสถานการณ์นี้ เซลล์ขนจะเพิ่มขั้วและไม่เร้าใยประสาทนำเข้า
มีน้ำ 2 ชนิดที่ล้อมเซลล์ขนของหูชั้นใน
endolymph เป็นน้ำที่อยู่ด้านยอดของเซลล์
โดยมีโพแทสเซียมเป็นแคตไอออนหลัก ซึ่งเชื่อว่า เป็นตัวส่งประจุไฟฟ้าเข้าไปในคอเคลีย
ส่วนน้ำ Perilymph จะอยู่ที่ข้าง ๆ และฐานของเซลล์ขน
แต่จะมีโพแทสเซียมต่ำและมีโซเดียมสูง
ความแตกต่างของประจุไอออนในน้ำที่อยู่รอบ ๆ ตลอดจนศักยะพัก (resting potential) ของเซลล์ขน จะสร้างความต่างศักย์ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ที่ยอด โดยโพแทสเซียมจะไหลเข้ามาในช่องเมื่อเปิด
ซึ่งก็จะทำให้เซลล์ลดขั้วแล้วปล่อยสารสื่อประสาท อันอาจนำไปสู่การส่งกระแสประสาทในเซลล์ประสาทรับความรู้สึกที่มีไซแนปส์เชื่อมอยู่ที่ฐานของเซลล์
== ความเสียหาย ==
Stereocilia (ตลอดจนเซลล์ขนทั้งหมด) ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถเสียหายหรือถูกทำลายได้โดยเสียงที่ดังเกิน โรค และสารพิษ และไม่สามารถจะเกิดใหม่ได้
เสียงในสิ่งแวดล้อมน่าจะมีผลเสียหายต่อการได้ยินที่สามัญที่สุด ตามข้อมูลของสำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมสหรัฐ
โครงสร้างหรือระเบียบของมัดขน stereocilia ที่ผิดปกติสามารถทำให้หูหนวกและสร้างปัญหาการทรงตัว
ในสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่น ถ้าเซลล์ขนเสียหาย เซลล์ค้ำจุนสามารถแบ่งตัวแล้วทดแทนเซลล์ขนที่เสียหายได้
== งานศึกษาทางพันธุกรรม ==
ยีน methionine sulfoxide reductase B3 (MsrB3) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ช่วยซ่อมโปรตีน (ที่เปลี่ยน methionine-R-sulfoxide เป็น methionine) เป็นตัวการอย่างหนึ่งที่ทำให้มัดขน stereocilia เสื่อมลงในปริมาณมาก ๆ
และเป็นปัจจัยแก่สิ่งอื่น ๆ มากมายเช่น อายุครรภ์
ตลอดจนความทนทานความหนาวของพืชด้วย
แม้ว่ากระบวนการเกิดโรคยังไม่ชัดเจน แต่ก็ดูเหมือนจะสัมพันธ์กับการตายของเซลล์เนื่องกับอะพอพโทซิส
การตัดต่อยีนอาศัย morpholinos เพื่อลดการแสดงออกของยีน MsrB3 ในปลาม้าลายมีผลเป็นขนเซลล์ที่สั้นกว่า บางกว่า และหนาแน่นกว่า ตลอดจน otolith ที่เกิดผิดที่
นอกจากนั้นแล้ว stereocilia จำนวนหนึ่งยังเกิดอะพอพโทซิสอีกด้วย
การฉีด MsrB3 mRNA แบบปกติตามธรรมชาติ (wild-type) เข้าไป แก้ความเสียหายในการได้ยินได้ ซึ่งแสดงว่า MsrB3 ช่วยป้องกันอะพอพโทซิส
ยีนอีกอย่างหนึ่ง คือ DFNB74 ก็พบว่ามีบทบาทในการสูญการได้ยินแบบด้อย (recessive)
การสูญเสียการได้ยินเนื่องจาก DFNB74 อาจจะสัมพันธ์กับความผิดปกติของไมโทคอนเดรีย
และความพิการเนื่องจาก DFNB74 กับ MsrB3 ก็อาจสัมพันธ์กันด้วย
งานวิจัยทางยีนเหล่านี้ได้ทำกับคนหูหนวกแบบด้อย (recessive) หลายครอบครัวที่ไม่ใช่ญาติกัน แล้วพบการกลายพันธุ์ทั้งในยีน DFNB74 และ MsrB3
stereocilia ที่เสียหายหรือผิดปกติเนื่องจากการกลายพันธุ์ของยีนบ่อยครั้งเป็นเหตุให้เสียการได้ยินและความพิการอื่น ๆ โดยสามารถสืบต่อไปยังลูกหลานได้
ในงานศึกษาเร็ว ๆ นี้ นักวิจัยได้ศึกษาหนูที่ได้กรรมพันธุ์ของยีนเซลล์ขนกลายพันธุ์เรียกว่า whirlin ซึ่งทำให้มี stereocilia สั้น ๆ อ้วน ๆ เป็นแถว ๆ เพิ่ม ที่บ่อยครั้งเซลล์จะตายหลังจากคลอด
ยังไม่มีการบำบัดแก้ไขเพื่อแก้เซลล์ขนผิดปกติเช่นนี้ในมนุษย์
ในการพยายามแก้ปัญหานี้ นักวิจัยได้ใช้การบำบัดโดยยีน (gene therapy) ที่ฉีดยีนปกติเข้าไปในหูชั้นในของหนูริ่งที่มีปัญหา
ซึ่งก็แก้ stereocilia ให้ยาวเป็นปกติ และกำจัดแถวขนที่เพิ่ม
แต่แม้เซลล์ขนจะกลับเป็นปกติ หนูหริ่งก็ไม่ปรากฏว่าได้ยินดีขึ้นตามการทดสอบที่ทำเดือนหนึ่งและสามเดือนหลังจากการรักษา
งานศึกษาต่อไป ๆ กำลังตรวจว่า ทำไมการคืนสภาพของ stereocilia จึงไม่ทำให้ได้ยินดีขึ้น
== งานวิจัยปัจจุบัน ==
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
== เชิงอรรถและอ้างอิง ==
ระบบการได้ยิน