UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFacultad de ciencias­sede bogotá

Departamento de Farmacia

Fisioanatomía 2015685­2

PRESTIN Y AMPLIFICACIÓN COCLEAR

Jhordy Steven Morales Moreno, Carlos Augusto Muñoz Muñoz, Yudely Asmith Medina Perez, Juan Pablo Moya Ramos, Jose David Mateus Tobasura.

Palabras claves: Amplificación coclear, célula ciliadas externas, células ciliadas internas, Cóclea, estereocilios, escala vestibular, endolinfa, motilidad stereovillar, Motilidad somática, órgano de corti, perilinfa, proteína prestin, transducción bioeléctrica.

IntroducciónEn este análisis se pretende dar a conocer el proceso de transformación llamado amplificación coclear, tipos de amplificación,, y su importancia en la audición en mamíferos, principalmente en seres humanos; así como una descripción de los mecanismos hasta ahora propuestos por los cuales se estima sucede este proceso. Para ello se debe dar a conocer la forma en que interactúa la Prestina, principal proteína implicada en la amplificación coclear y en la audición.

ResumenEl oído es el aparato de audición y de equilibrio que está constituido por diferentes órganos cuyo fin es la percepción de los sonidos y el mantenimiento del equilibrio. Consta de tres partes, oído externo, medio e interno, este último está alojado en el peñasco del hueso temporal, lo observamos en un vistazo más general así: el laberinto óseo y membranoso, una endolinfa y perilinfa. Ahora bien, la cóclea es una estructura en forma de caracol, importante debido a que en ella se da el proceso de transducción; en el cual se convierte una señal o estímulo en una respuesta o en una señal de diferente naturaleza. Mide 1 cm de diámetro en la base y 5 mm de altura aproximadamente, en su corte transversal posee 3 conductos que dan 2 vueltas y media en espiral. Estos conductos son la rampa vestibular y la rampa timpánica [1].La amplificación coclear tiene la función de prótesis en el oído el cual permite que se aumenten las vibraciones del sonido [2], y como su nombre lo dice es usada para aumentar las funciones del sonido. ¿Pero cuál es el motor que permite esta transducción de energía mecánica en energía eléctrica?, gracias a recientes estudios se ha demostrado que las células ciliadas son capaces de generar estas transducciones gracias a sus estereocilios, y es ahí donde entra la prestina, que es la proteína por excelencia, ya que esta proteína es la responsable de la electromotilidad de las células ciliadas [3], de lo cual se hablará a fondo más adelante.

AbstractThe ear is the hearing aid and balance that consists of different organs whose purpose is the perception of sounds and maintaining balance . It consists of three parts , the outer ear, middle and inner, the latter is housed in the petrous temporal bone, in a more general look: membranous labyrinth and bone, perilymph and endolymph . However, the cochlea is a snail­shaped structure , important because in it the transduction process occurs , in which a signal or stimulus becomes an answer or a sign of a different nature . Measures 1 inch in diameter at the base and about 5 mm in height, in cross­section has 3 ducts that give 2 ½ turns spiral . These ducts are the

vestibular and tympanic ramp.[1]Cochlear amplification has the function of prosthetic ear which allows sound vibrations are increased [ 2], and as the name says is used to increase the functions of sound. But what is the engine that allows the transduction of mechanical energy into electrical energy? , Thanks to recent studies have shown that hair cells are able to generate these transductions through their stereocilia , and this is where the prestin takes his role, which is protein par excellence, since this protein is responsible for electromotility of hair cells [ 3] of which will be discussed further below .

PrestinaLa prestina, es una proteína transmembranal perteneciente a la familia de transportadores aniónicos de tipo SLC26. [3] Esta proteína se encuentra en las membranas laterales de las Células Ciliales externas (CCE), puede actuar como un accionador de voltaje para amplificar el sonido [4] o como la generadora de la electromotilidad para las CCE [5]. A esta proteína se le atribuye gran parte del proceso de la amplificación coclear que se da en los mamíferos mediante la motilidad somática. La Prestina, es diferente de las otras proteínas motor, ya que no requiere de la hidrólisis de ATP, sino que permite la conversión directa de tensión a voltaje sin necesidad de este proceso[6].La función específica de la prestin y su asociación con la amplificación coclear no se ha definido plenamente, pero si se conoce su naturaleza, se descubrió que pertenece a la familia de proteínas codificadas por el gen SLC26A, las cuales generalmente son transportadoras de aniones, al conocer esto, se dijo que el potencial de membrana cambiaria, generando una apertura de canal, en la cual se puede ver modificada la cantidad de Cl­ presente, polarizando o despolarizando la CCE y generando un efecto de mayor o menor sensibilidad respectivamente. El Cl­ funciona como un sensor de voltaje extrínseco a la célula, el cual puede desencadenar el proceso anteriormente descrito.En un estudio, se evaluó si los niveles de prestina eran equivalentes al nivel auditivo de ratones knock­Out (OK), en los cuales se evalúa la funcionalidad y capacidad transmisora del voltaje mediante la electromotilidad, la motilidad somática, con bajos niveles de prestina. El estudio arrojó resultados de que la amplificación coclear se puede dar tanto via ciliar, como por vía somática, lo cual no determina como ya se había dicho antes la naturaleza funcional de la prestina [7].

La capacidad contráctil de la Prestina se debe a la la facilidad para realizar cambios conformacionales, pasando rápidamente de un estado contraído, a un estado expandido. Al sumar estos cambios de forma de las moléculas de la prestina, ubicadas en las membranas laterales de las CCE, hacen que éstas últimas se elonguen y se contraigan.El principal regulador de dichos cambios conformacionales es el voltaje; cuando las CCE se despolarizan, la Prestina capta un anión Cl y lo retiene en la cara citoplasmática de la membrana de la célula, manteniéndola en estado contraído. Mientras que cuando la CCE se hiperpolariza, la proteína lleva el mismo anión a la cara externa de la membrana, provocando un cambio a su estado expandido. Este movimiento de aniones es el responsable de la contracción/expansión de la Prestina, y por lo tanto de las CCE.

Se ha descrito una única mutación en el gen SLC26A5, en dos familias que segregaban hipoacusias no sindrómicas, prelocutivas y de grado grave­profundo. Sin embargo, la patogenicidad de la mutación encontrada es aún motivo de controversia. Harán falta cribados moleculares de series adicionales de pacientes para confirmar la implicación de la Prestina en las hipoacusias hereditarias.[3]

Prestina como amplificador coclearSe trata de un principio general saber que la amplificación de las señales acústicas es una característica común de los órganos auditivos de los vertebrados, esta se basa en un proceso de amplificación local, mecánico por su alta sensibilidad y selectividad de frecuencia agudo [8]. Pero más importante que esto es saber cuál es el motor de esta amplificación, gracias a estudios recientes se ha podido demostrar que la prestina juega un papel importante en este sistema de amplificación en la cóclea mamífera. Ya que la prestina influye en las propiedades de la partición coclear que permite la transmisión de las vibraciones en la excitación neuronal[7].En un reciente descubrimiento del Profesor Peter Dallos [7] ha demostrado que la prestina no toma un papel tan importante en la amplificación coclear, ya que en el estudio que realizó demostró con ratones KO, que la amplificación de la cóclea no cambia mucho al modificar las funciones de la prestina, ya que este estudio muestra cómo las frecuencias auditivas de los ratones KO disminuyen tan solo en un 25% a diferencia de la frecuencia de ratones sanos. Pero por otro lado la Profesora Marcia Mellado [8] demuestra como la prestina si toma un papel importante en la amplificación coclear, ya que revela la forma en que la prestina actúa de una manera pasiva al ayudar a aumentar la rigidez efectiva de la partición coclear, y además que sin prestina la rigidez pasiva de la cóclea a altas frecuencias es baja, aun así lo que diferencia a la prestina de los otros motores biológicos es su proceso de voltaje directo, permitiendo que esta proteína sea capaz de producir fuerzas a tasas superiores a 70 kHz [10]. Aunque la falta de esta proteína motora no afecta la sensibilidad, si sensibiliza y/o amplia la curva de afinación. Por lo tanto lo tanto la prestina es crucial para la sintonización de frecuencias cocleares agudas y sensibles mediante la reducción de la sensibilidad de la frecuencia de la curva de sintonización [9], lo cual demuestra que la prestina todavía no tiene una función primordial en la amplificación coclear debido a que en los estudios realizados a la fecha no se ha demostrado en su totalidad que la prestina trabaje en toda la cóclea sino que esta solo se limita a las membranas laterales de las CCE.

Amplificación coclearEs la designación dada a una serie de procesos que producen amplificación física de la onda viajera a lo largo de la membrana basilar (dependiendo de la frecuencia del sonido). Esta amplificación en mamíferos está relacionada a la no linealidad de la respuesta mecánica de la membrana basilar. Este mecanismo mejora la selectividad por frecuencia y la sensibilidad del sistema.La amplificación coclear depende de un fenómeno con consumo de energía metabólica que se produce a nivel de las CCE (células ciliadas externas). Parte del funcionamiento del amplificador coclear radicaría en movimientos activos de los estereocilios de las CCE. Así, estas producen impulsos hacia el nervio coclear, amplifican y afinan la señal auditiva, siendo fundamentales en el proceso auditivo coclear [10].

La manutención de la notable organización y especialización estructural en la cóclea y vestíbulo (ver fig.1a), incluyendo los estereocilios, presentes en las células ciliadas (ver fig.1b), son esenciales para el proceso de audición y equilibrio.

Fig 1. a. Esquema de la cóclea y sus partes: Ventana oval, estribo, helicotrema, rampa timpánica, rampa vestibular, conducto auditivo. b. Esquema del órganos de corti y sus partes.

La mantención de la homeostasis iónica dentro de la cóclea, especialmente en el reciclaje del potasio (K+), es de suma importancia para la traducción de señales Implicadas en el proceso de audición. El K+ es transportado de regreso a la endolinfa de dos maneras: El reciclaje del K+ lateral involucra a las células de sostén del órgano de Corti (ver fig.1b), a los fibrocitos del ligamento espiral y a la estría vascular; en cambio, el reciclaje del K+ medial pasa de las células de sostén en dirección a las células interdentales. La red de canales en fibrocitos y células epiteliales de soporte del oído permitirían a los iones de potasio, que ingresan a los estereocilios durante la transducción mioeléctrica [11].

Amplificación coclear somática y StereovillarEn el reconocimiento de que La amplificación es la frecuencia dependiente y que resulta en una alta sensibilidad auditiva y un extendido rango dinámico, también se han propuestos dos divisiones de la amplificación para explicar el mecanismo subyacente a la amplificador coclear. La primera de estas hace referencia a la amplificación Stereovillar o Estereociliar donde el motor Stereovillar puede hacer su trabajo en contra de una carga (retroalimentación) y con la velocidad necesaria para producir amplificación no lineal. En segunda instancia está la motilidad somática, posiblemente asociada a una gama de frecuencia extendida de audiencia. El objeto de los autores fue suponer que ambos mecanismos están presentes en los mamíferos, además que la amplificación somática domina y se presenta sólo en los mamíferos, ya que los órganos sensoriales no mamíferos carecen de CCE y prestina. Aunque supusieron esto hace aproximadamente ocho años, hoy a la luz de los estudios realizados sigue siendo objeto de investigación. Desde que en 1948 surgió la idea por el médico Gold de un proceso activo en la cóclea [12], esta ha sido centro de intensas investigaciones, en donde se hace énfasis en el papel de los estereocilios contra la motilidad somática como mecanismo para el proceso activo; los dos mecanismos discutidos siguen siendo el somático y estereociliar. Los investigadores sugieren que la amplificación mecánica es accionada tanto por el somático y contribuciones de estereocilios, esta propuesta ha tomado aún más fuerza desde que la idea de la cóclea ‘pasiva’ fue debilitada después del descubrimiento de las emisiones otoacústicas y mediciones precisas de la vibración del órgano de corti (membrana basilar) en respuesta a un sonido puro, mostraron que la concordancia en frecuencias se establece antes de la llegada del mensaje nervioso al nervia auditivo [13].

Fig. 2 Esquema de la composición celular del ligamento espiral y la estría vascular que muestra el transporte activo (flechas negras)y el transporte pasivo (flechas grises) de K+. RT: rampa timpánica; RV: rampa vestibular.

Aún hoy existe discrepancia en si realmente el mecanismo somático subyace de la amplificación coclear pero se ha demostrado que no es así; estudios muestran una nueva evidencia o una alternativa a la teoría imperante de que la motilidad somática es la base de la amplificador coclear[14]. El estudio se enfocó en la motilidad de células ciliadas externas diferenciadas (OHC) somática, pelo­bundle activo (HB) y una combinación de ambos, con el objetivo de comprender el papel de estas dos fuentes activas en la cóclea de mamíferos. El método utilizado fue un modelo matemático que se basa en una caja de cóclea de cerdo con una representación D3 del fluido[15]. En los resultados muestran que la motilidad somática es necesario para la amplificación coclear mientras que HB motilidad no lo es[14]. Esto es consistente con las mediciones en ratones knockin­prestina [9], que también mostrar que la motilidad somática basada en prestina es necesario para la función coclear normal[14]. Es importante resaltar que se sugiere en este estudio que HB motilidad podría jugar un papel importante en la amplificación coclear y el trabajo en sinergia con la motilidad somática para proporcionar una ganancia membrana basilar (BM) superior, también que aunque estos estudios permiten dar un paso enorme en el respaldo de esta teoría no es concluyente, por lo tanto es un estímulo para nuevas investigaciones.

CONCLUSIONES:

­ Cabe resaltar la importancia de la membrana basilar en el mejoramiento de la diferenciación del sonido según su frecuencia (sonidos graves en la base y agudos hacia la helicotrema).

­ La flexibilidad de la ventana redonda hace posible el desplazamiento de la perilinfa como onda a causa de la vibración del estribo que incide en la ventana oval, de modo que pase por las escalas (vestibular y timpánica) y llegue a estimular a las membranas (de reissner y basilar). En pocas palabras, que se complete el proceso de audición.

­El cambio conformacional de las Celulas Ciliales Externas es controlado principalmente por voltaje, y este se da por la retención o translocación de aniones cloruro por parte de la Prestina, ubicada en la membrana de dichas células.

­ Aún no se ha determinado la función de la prestina con respecto a la amplificación coclear, pero según los estudios realizados, se puede asociar el nivel de prestina al nivel de sensibilidad de voltaje transducido.

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