跨膜通道样蛋白TMC-1和TMC-2在神经和肌肉系统中的功能及分子机制研究

Mutations in transmembrane channel-like (TMC) proteins TMC1 and TMC2 cause auditory and vestibular deficits and deafness in mammals. However, their physiological functions are controversial and precise action modes are elusive. Our preliminary experiments discover that C. elegans TMC proteins enhance membrane depolarization through sodium-leak currents in both neurons and muscles, and are critically involved in egg-laying behavior. Furthermore, transgenic expression of mammalian TMC homologs can largely rescue the egg-laying defects observed in tmc mutant worms. Therefore, we have identified an unexpected role of TMC proteins in determining membrane excitability. We are planning to further investigate the function and mechanisms of tmc genes in excitability maintainance and sensory transduction. Our results may provide mechanistic insights into the functions of TMC1 and TMC2 in mammalian hearing loss and other related diseases.

跨膜离子通道样蛋白TMC1和TMC2的突变导致听觉、前庭缺陷和人类家族遗传性耳聋，但是其具体功能和分子机制存在很大争议。我们发现秀丽线虫TMC-1和TMC-2通过恒定的背景Na+漏电流维持HSN神经元、ASH神经元和VM肌细胞的静息膜电位和兴奋性，并调控相应的行为范式。此外，小鼠TMC1和TMC2可以拯救tmc基因突变体线虫的表型缺陷。以上预实验结果提示TMC蛋白对于神经和肌肉系统正常功能都起着重要作用。我们拟运用分子遗传学、膜片钳电生理、胞内钙成像、药理和行为学分析等技术，系统性研究秀丽线虫TMC蛋白在神经和肌肉细胞的兴奋性维持、对理化刺激的感受能力等方面的作用，深入探讨其分子机制和功能调节机制，并以正向遗传学筛选方法寻找与TMC蛋白互作的关键基因。基于以上结果，比较研究小鼠tmc基因的功能和作用机制。本课题将有助于揭示TMC蛋白的功能和分子机理，为遗传性耳聋等相关疾病研究打下基础。

跨膜离子通道样蛋白TMC1和TMC2的突变导致听觉、前庭缺陷和人类家族遗传性耳聋，但是其具体功能和分子机制存在很大争议。鉴于TMC蛋白在进化上高度保守，秀丽线虫TMC-1和TMC-2跟哺乳动物TMC1和TMC2具有高度同源性，我们以秀丽线虫为动物模型，以分子遗传学、膜片钳电生理、胞内钙成像、药理和行为学分析等技术，系统探讨了TMC-1和TMC-2的生理功能及其分子机制，并通过正向遗传学筛选，探讨了TMC蛋白的互作基因。在本项目资助和支持下，我们发现TMC蛋白可通过背景Na+电流，维持细胞（神经元和肌肉）的膜电位，进而维持细胞兴奋性，并调控秀丽线虫产卵行为；组织特异性过表达小鼠TMC1、TMC2或人源TMC3均可以拯救恢复tmc突变体线虫在行为、钙成像和电生理上的缺陷；以三环抗抑郁药丙米嗪（imiprimine）处理，抑制肌细胞上的背景K+通道(EAG K+)活性，或者基因敲除肌细胞上的UNC-103钾通道，可以完全拯救恢复tmc基因突变体的行为缺陷。本研究从全新的视角揭示了TMC的生理功能和作用机制，揭示了TMC作用机制的保守性，为遗传性耳聋等相关疾病研究和药物开发奠定科学基础，同时提示以秀丽线虫为遗传学模型筛选与TMC蛋白互作的基因，具有为耳聋和相关疾病治疗筛选全新分子靶标的潜力。