En el oído interno , los estereocilios son los orgánulos mecanosensores de las células ciliadas , que responden al movimiento de fluidos en numerosos tipos de animales para diversas funciones, incluidas la audición y el equilibrio. Tienen alrededor de 10 a 50 micrómetros de longitud y comparten algunas características similares a las microvellosidades . [1] Las células ciliadas convierten la presión del fluido y otros estímulos mecánicos en estímulos eléctricos a través de las numerosas microvellosidades que forman los bastones de los estereocilios. [2] Los estereocilios existen en los sistemas auditivo y vestibular .
Los estereocilios, que se asemejan a proyecciones similares a pelos, están dispuestos en haces de 30 a 300. [3] Dentro de los haces, los estereocilios a menudo se alinean en varias filas de altura creciente, similar a una escalera. En el centro de estos estereocilios similares a pelos hay filamentos de actina reticulados rígidos , que pueden renovarse cada 48 horas. Estos filamentos de actina enfrentan sus extremos positivos en las puntas de los estereocilios y sus extremos negativos en la base y pueden tener hasta 120 micrómetros de longitud. [3] Las estructuras filamentosas, llamadas enlaces de punta , conectan las puntas de los estereocilios en filas adyacentes en los haces. Los enlaces de punta están formados por filamentos finos casi verticales que corren hacia arriba desde el extremo superior de un estereocilio más corto hasta su vecino más alto. [2] Los enlaces de punta son análogos a pequeños resortes, que, cuando se estiran, abren canales selectivos de cationes , lo que permite que los iones fluyan a través de la membrana celular hacia las células ciliadas. También participan en la transmisión de fuerza a través del haz y en el mantenimiento de la estructura del haz de pelos. [4]
Como sensores acústicos en los mamíferos , los estereocilios están alineados en el órgano de Corti dentro de la cóclea del oído interno. En la audición, los estereocilios transforman la energía mecánica de las ondas sonoras en señales eléctricas para las células ciliadas, lo que finalmente conduce a una excitación del nervio auditivo . Los estereocilios están compuestos de citoplasma con haces incrustados de filamentos de actina reticulados . Los filamentos de actina se anclan a la red terminal y la parte superior de la membrana celular y están dispuestos en grado de altura. [2] A medida que las ondas sonoras se propagan en la cóclea, el movimiento del líquido endolinfático dobla los estereocilios. Si la dirección del movimiento es hacia los estereocilios más altos, se desarrolla tensión en los enlaces de las puntas, abriendo mecánicamente los canales de transducción cerca de las puntas. Los cationes de la endolinfa fluyen hacia la célula, despolarizando la célula pilosa y desencadenando la liberación de neurotransmisores a los nervios cercanos, que envían una señal eléctrica al sistema nervioso central.
En el sistema vestibular, los estereocilios se encuentran en los órganos otolíticos y los canales semicirculares . Las células pilosas del sistema vestibular son ligeramente diferentes de las del sistema auditivo, en el sentido de que las células pilosas vestibulares tienen un cilio más alto, denominado cinocilio . Al doblar los estereocilios hacia el cinocilio, se despolariza la célula y se produce un aumento de la actividad aferente . Al doblar los estereocilios alejándolos del cinocilio , se hiperpolariza la célula y se produce una disminución de la actividad aferente. En los canales semicirculares, las células pilosas se encuentran en la cresta ampular y los estereocilios sobresalen hacia la cúpula ampular . Aquí, todos los estereocilios están orientados en la misma dirección. En los otolitos, las células pilosas están coronadas por pequeños cristales de carbonato de calcio llamados otoconias . A diferencia de los conductos semicirculares, los cinocilios de las células pilosas de los otolitos no están orientados en una dirección constante. Los cinocilios apuntan hacia (en el utrículo ) o en dirección opuesta a (en el sáculo ) una línea media llamada estría. [5]
En la cóclea , un movimiento de cizallamiento entre la membrana tectorial y la membrana basilar desvía los estereocilios, lo que afecta la tensión en los filamentos de unión de la punta, que luego abren y cierran los canales iónicos no específicos. [2] Cuando aumenta la tensión, también aumenta el flujo de iones a través de la membrana hacia la célula pilosa. Tal afluencia de iones causa una despolarización de la célula, lo que resulta en un potencial eléctrico que finalmente conduce a una señal para el nervio auditivo y el cerebro. La identidad de los canales mecanosensibles en los estereocilios aún se desconoce.
Se cree que los canales de transducción asociados con los estereocilios se encuentran en los extremos distales de los estereocilios. [6] Las desviaciones de los estereocilios en la dirección de los estereocilios más altos conducen a una mayor tasa de apertura de los canales de cationes no específicos. Esto, a su vez, causa la despolarización del receptor y conduce a la excitación de las aferencias del nervio coclear que se encuentran en la base de la célula pilosa . Las desviaciones de los estereocilios en la dirección opuesta hacia los estereocilios más cortos hacen que los canales de transducción se cierren. En esta situación, las células pilosas se hiperpolarizan y las aferencias nerviosas no se excitan. [7] [8] [9]
Hay dos tipos diferentes de líquido que rodean las células ciliadas del oído interno. La endolinfa es el líquido que rodea las superficies apicales de las células ciliadas. El potasio es el catión principal de la endolinfa y se cree que es responsable de transportar las corrientes receptoras en la cóclea . La perilinfa se encuentra rodeando los lados y las bases de las células ciliadas. La perilinfa es baja en potasio y alta en sodio . [8] [10] Las diferentes composiciones iónicas del líquido circundante además del potencial de reposo de la célula ciliada crean una diferencia de potencial a través de la membrana apical de la célula ciliada, por lo que el potasio ingresa cuando se abren los canales de transducción. Una afluencia de iones de potasio despolariza la célula y provoca la liberación de un neurotransmisor que puede iniciar impulsos nerviosos en las neuronas sensoriales que hacen sinapsis en la base de la célula ciliada.
Los estereocilios (junto con la totalidad de la célula pilosa) en los mamíferos pueden resultar dañados o destruidos por ruidos fuertes excesivos , enfermedades, medicamentos y toxinas , y no son regenerables. [3] [11] La pérdida de audición inducida por el ruido ambiental es probablemente el efecto sobre la salud del ruido más frecuente según la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU . La estructura/organización anormal de un haz de estereocilios también puede causar sordera y, a su vez, crear problemas de equilibrio para un individuo. En otros vertebrados, si la célula pilosa se daña, las células de soporte se dividirán y reemplazarán las células pilosas dañadas. [2]
El gen de la metionina sulfóxido reductasa B3 (MsrB3), una enzima reparadora de proteínas, ha sido implicado en la degeneración a gran escala del haz de estereocilios, [12] así como muchos otros factores como la edad gestacional [13] y la tolerancia a ambientes fríos en plantas. [14] Aunque se desconoce el proceso exacto de patogénesis, parece estar relacionado con la muerte celular apoptótica. [12] Un estudio basado en el empalme de morfolinos para regular negativamente la expresión de MsrB3 en pez cebra mostró cilios más cortos, delgados y apiñados , así como otolitos pequeños y mal ubicados . Varios estereocilios también sufrieron apoptosis . La inyección con ARNm de MsrB3 de tipo salvaje rescató los déficits auditivos, lo que sugiere que MsrB3 ayuda a prevenir la apoptosis . [15]
Otro gen, el DFNB74, se ha observado como un gen involucrado en la pérdida auditiva recesiva . [16] La pérdida auditiva basada en DFNB74 puede estar relacionada con la disfunción mitocondrial . La sordera basada en DFNB74 y MsrB3 puede estar relacionada entre sí. La investigación sobre estos genes se basa en familias con sordera recesiva, y múltiples familias no relacionadas con esta sordera tienen mutaciones tanto en DFNB74 como en MsrB3. [17]
Los estereocilios dañados o anormales que son resultado de mutaciones genéticas a menudo causan pérdida de audición y otras complicaciones, y pueden transmitirse a los hijos. En un estudio reciente, los investigadores estudiaron ratones que heredaron un gen de células pilosas mutado llamado whirlin, que produce estereocilios más cortos y gruesos que se organizan en filas adicionales y que a menudo mueren después del nacimiento. [18] No existen terapias actuales ni medidas reparadoras para reemplazar esas células pilosas defectuosas en humanos. Para corregir esta mutación, los investigadores inyectaron una terapia genética que contenía el gen corregido en el oído interno de ratones con la mutación genética. La terapia restauró los estereocilios a longitudes normales y eliminó las filas adicionales de estereocilios en ratones whirlin recién nacidos. A pesar de la restauración de las células pilosas, los ratones whirlin tratados no mostraron signos de mejora de la capacidad auditiva después de las pruebas después de un mes y después de tres meses de tratamiento. Se están realizando más estudios para comprender por qué la restauración de los estereocilios no mejoró la capacidad auditiva de los ratones mutados.
El sonido por encima de un cierto nivel de decibelios puede causar daño permanente a los estereocilios del oído interno. Una nueva investigación ha demostrado que el daño puede posiblemente revertirse si podemos reparar o recrear algunas de las proteínas en los estereocilios. En este estudio, los científicos utilizaron peces cebra para examinar el movimiento de las proteínas dentro de las células del oído vivo utilizando un microscopio confocal . Esto ha demostrado que las proteínas en los estereocilios se mueven rápidamente, lo que indica que el movimiento de las proteínas dentro de las células ciliadas puede ser un factor muy importante para mantener la integridad de los haces de pelos en el oído interno. Investigaciones posteriores encontraron que la miosina y la actina , dos proteínas que son importantes para el movimiento celular, se mueven muy rápidamente. La fascina 2b, una proteína involucrada en la reticulación de actina, se mueve aún más rápido. El movimiento constante de proteínas dentro de las células, junto con el reemplazo y el reajuste, ayuda a las células a reparar el daño. El movimiento rápido de estas proteínas ha cambiado nuestra comprensión de los estereocilios e indica que las proteínas dentro de los estereocilios no son inmóviles y estáticas. La investigación futura espera investigar la manipulación de la dinámica de las proteínas para restaurar la función auditiva humana después del daño. [19]
