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内耳では、ステレオシリアは有毛細胞の機械受容器官であり、聴覚や平衡感覚などさまざまな機能のために、多くの種類の動物で流体の動きに反応します。ステレオシリアの長さは約 10 ～ 50マイクロメートルで、微絨毛といくつかの類似した特徴を共有しています。[ 1 ]有毛細胞は、ステレオシリアの棒状構造を構成する多数の微絨毛を介して、流体圧力やその他の機械的刺激を電気刺激に変換します。[ 2 ]ステレオシリアは聴覚系と前庭系に存在します。
毛のような突起に似たステレオシリアは、30～300本が束になって配置されている。[ 3 ]束の中では、ステレオシリアは階段のように、高さが増していく複数の列に並んでいることが多い。これらの毛のようなステレオシリアの中心には、48時間ごとに再生される硬い架橋アクチンフィラメントがある。これらのアクチンフィラメントは、ステレオシリアの先端で正の端を、基部で負の端を向いており、長さは最大120マイクロメートルになることがある。[ 3 ]ティップリンクと呼ばれるフィラメント構造が、束の中の隣接する列のステレオシリアの先端をつないでいる。ティップリンクは、短いステレオシリアの上端から、その隣の背の高いステレオシリアに向かって上向きに伸びる、ほぼ垂直な細いフィラメントで構成されている。[ 2 ]ティップリンクは小さなバネに似ており、伸ばされると陽イオン選択性チャネルが開き、イオンが細胞膜を横切って毛細胞に流れ込むことができる。また、毛束全体への力の伝達や毛束構造の維持にも関与している。[ 4 ]
哺乳類の音響センサーとして、ステレオシリアは内耳の蝸牛内のコルチ器に並んでいます。聴覚において、ステレオシリアは音波の機械的エネルギーを有毛細胞への電気信号に変換し、最終的に聴神経の興奮につながります。ステレオシリアは、架橋されたアクチンフィラメントの束が埋め込まれた細胞質で構成されています。アクチンフィラメントは終末網と細胞膜の上部に固定され、高さの段階的に配置されています。[ 2 ]音波が蝸牛内を伝播すると、内リンパ液の動きによってステレオシリアが曲がります。動きの方向が背の高いステレオシリアの方向であれば、先端リンクに張力が生じ、先端付近の伝達チャネルが機械的に開きます。内リンパからの陽イオンが細胞内に流れ込み、有毛細胞を脱分極させ、近くの神経に神経伝達物質を放出させ、中枢神経系に電気信号を送ります。
前庭系では、ステレオシリアは耳石器と半規管に存在します。前庭系の有毛細胞は聴覚系の有毛細胞とは少し異なり、前庭有毛細胞にはキノシリウムと呼ばれる最も高い繊毛が1本あります。ステレオシリアをキノシリウムの方向に曲げると細胞が脱分極し、求心性活動が増加します。ステレオシリアをキノシリウムから遠ざける方向に曲げると細胞が過分極し、求心性活動が減少します。半規管では、有毛細胞は膨大部稜にあり、ステレオシリアは膨大部クプラに突き出ています。ここでは、ステレオシリアはすべて同じ方向に向いています。耳石器では、有毛細胞の先端には耳石と呼ばれる小さな炭酸カルシウム結晶があります。半規管とは異なり、耳石の有毛細胞のキノシリアは一定の方向には向いていません。キノシリアは、（卵形嚢では）ストリオラと呼ばれる中央線に向かって、または（球形嚢では）ストリオラから離れる方向に向いています。 [ 5 ]
蝸牛では、蓋膜と基底膜の間のせん断運動によってステレオシリアが偏向し、先端連結フィラメントの張力に影響を与え、それによって非特異的イオンチャネルが開閉する。[ 2 ]張力が増加すると、膜を介して有毛細胞に流入するイオンの流れも増加する。このようなイオンの流入は細胞の脱分極を引き起こし、最終的に聴神経と脳への信号につながる電位差が生じる。ステレオシリアの機械感受性チャネルの正体はまだ不明である。
ステレオシリアに関連する伝達チャネルは、ステレオシリアの遠位端にあると考えられています。[ 6 ]ステレオシリアが最も高い方向に偏向すると、非特異的カチオンチャネルの開口速度が増加します。これにより、受容体の脱分極が起こり、有毛細胞の基部に位置する蝸牛神経求心路が興奮します。ステレオシリアが反対方向、つまり最も短いステレオシリアの方向に偏向すると、伝達チャネルが閉じます。この場合、有毛細胞は過分極し、神経求心路は興奮しません。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
内耳の有毛細胞を囲む液体には 2 種類あります。内リンパは有毛細胞の頂端面を囲む液体です。カリウムは内リンパの主要な陽イオンであり、蝸牛内の受容体電流を運ぶ役割を担っていると考えられています。外リンパは有毛細胞の側面と基部を囲んでいます。外リンパはカリウムが少なく、ナトリウムが多いです。[ 8 ] [ 10 ]周囲の液体のイオン組成の違いと有毛細胞の静止電位により、有毛細胞の頂端膜を挟んで電位差が生じ、伝達チャネルが開くとカリウムが流入します。カリウムイオンの流入により細胞が脱分極し、有毛細胞の基部でシナプスを形成する感覚ニューロンで神経インパルスを開始できる神経伝達物質が放出されます。
哺乳類のステレオシリア（および有毛細胞全体）は、過度の大きな音、病気、薬、毒素によって損傷または破壊される可能性があり、再生しません。[ 3 ] [ 11 ] 米国環境保護庁によると、環境騒音による聴覚障害はおそらく最も一般的な騒音による健康影響です。ステレオシリア束の構造/組織の異常は、難聴を引き起こし、結果として個人の平衡感覚の問題を引き起こすこともあります。他の脊椎動物では、有毛細胞が損傷した場合、支持細胞が分裂して損傷した有毛細胞を置き換えます。[ 2 ]
タンパク質修復酵素であるメチオニンスルホキシド還元酵素B3遺伝子（MsrB3）は、大規模なステレオシリア束の変性[ 12 ] 、妊娠週数[ 13 ]や植物の低温環境への耐性[ 14 ]など、他の多くの要因に関与していることが示唆されている。病原性の正確なプロセスは不明であるが、アポトーシス細胞死に関連していると思われる[12]。ゼブラフィッシュでMsrB3の発現を下方制御するスプライシングモルフォリノに基づく研究では、より短く、より細く、より密集した繊毛、および小さく位置のずれた耳石が示された。いくつかのステレオシリアもアポトーシスを起こした。野生型MsrB3 mRNAの注入により聴覚障害が回復したことから、MsrB3がアポトーシスの防止に役立つことが示唆された[ 15 ]。
別の遺伝子であるDFNB74は、劣性難聴に関与する遺伝子として観察されている。 [ 16 ] DFNB74に基づく難聴は、ミトコンドリア機能障害に関連している可能性がある。DFNB74とMsrB3に基づく難聴は互いに関連している可能性がある。これらの遺伝子の研究は劣性難聴の家族に基づいており、この難聴を持つ複数の非血縁家族はDFNB74とMsrB3の両方に突然変異を持っている。[ 17 ]
遺伝子変異の結果として損傷または異常なステレオシリアは、しばしば難聴やその他の合併症を引き起こし、子供に遺伝する可能性があります。最近の研究では、研究者らは、whirlin と呼ばれる変異した有毛細胞遺伝子を受け継いだマウスを研究しました。この遺伝子変異は、ステレオシリアが短く太くなり、余分な列に組織化され、多くの場合出生後に死滅します。[ 18 ]現在、ヒトのこのような欠陥のある有毛細胞を置き換える治療法や修復手段はありません。この変異を修正するために、研究者らは、修正された遺伝子を含む遺伝子治療を、遺伝子変異を持つマウスの内耳に注入しました。この治療により、ステレオシリアは正常な長さに戻り、新生児の whirler マウスの余分な列のステレオシリアは除去されました。有毛細胞が回復したにもかかわらず、治療を受けた whirler マウスは、治療開始後 1 か月と 3 か月後の検査で、聴覚能力の改善の兆候を示しませんでした。さらなる研究は、ステレオシリアの回復が変異マウスの聴覚能力を改善しなかった理由を解明しようとしています。
一定のデシベルレベルを超える音は、内耳のステレオシリアに永久的な損傷を与える可能性があります。新しい研究では、ステレオシリアのタンパク質の一部を修復または再生成できれば、損傷を回復できる可能性があることが示されています。この研究では、科学者はゼブラフィッシュを使用して、共焦点顕微鏡で生きた耳細胞内のタンパク質の動きを調べました。これにより、ステレオシリアのタンパク質が速く動くことが示され、有毛細胞内のタンパク質の動きが内耳の有毛束の完全性を維持する上で非常に重要な要素である可能性があることが示唆されました。さらに研究を進めたところ、細胞運動に重要な2つのタンパク質であるミオシンとアクチンが非常に速く動くことがわかりました。アクチンの架橋に関与するタンパク質であるファシン2bはさらに速く動きます。細胞内のタンパク質の絶え間ない動きは、置換と再調整とともに、細胞の損傷修復に役立ちます。これらのタンパク質の高速な動きは、ステレオシリアに関する私たちの理解を変え、ステレオシリア内のタンパク質が不動で静的ではないことを示しています。今後の研究では、損傷後の人間の聴覚機能を回復するために、タンパク質のダイナミクスを操作することを調査することが期待されています。[ 19 ]