Rätsel um molekulares Hören gelüftet Die Feder in unseren Ohren

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Seit über 40 Jahren suchen Wissenschaftler nach einem kleinen Molekül, einem Verbindungsstück zwischen Schallbewegung und Nervenimpuls im Ohr. Dabei muss es sich um elastische molekulare „Federn“ handeln, die Ionenkanäle in den Hörsinneszellen im Ohr öffnen. Ein Göttinger Team des Multiscale Bioimaging (MBExC) hat jetzt erstmals eine solche Feder entdeckt. Ihre Ergebnisse werfen neues Licht auf Ionenkanäle, die nicht nur am Hören beteiligt sind.

Ob das monotone Piepsen des Weckers oder die akustische Wucht eines Konzerts: Wie wir Schallwellen als Klang wahrnehmen, ist ein faszinierendes Phänomen. Trifft Schall auf das Ohr, löst er dort winzige Bewegungen aus. Hörsinneszellen registrieren diese Bewegungen mithilfe spezialisierter Moleküle, so genannter Ionenkanäle. Außerdem besitzen die Hörsinneszellen eine Pore mit Pforte, die normalerweise verschlossen ist. Um die Kanäle zu öffnen, müssen die Bewegungen im Ohr auf die Ionenkanal-Pforten übertragen werden. Dies geschieht über eine Öffnungsfeder, die, ähnlich wie die Feder eines Kugelschreibers, leicht verformbar ist. Werden diese Öffnungsfedern gedehnt, ziehen sie die Kanalpforten auf und Ionen können durch die Poren der Kanäle strömen.

Diese Öffnungsfedern suchen Forschende bereits seit über 40 Jahren. Eine vielversprechende Struktur fanden sie dabei im Ohr von Fruchtfliegen: ein Ionenkanal, der neben Pforte und Pore zudem noch einen Bereich aufweist, der wie eine Kugelschreiberfeder spiralförmig gewunden ist. Forschende vermuteten deshalb, dass diese Spirale die Öffnungsfeder sein könnte.

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Forscher entdecken flexibles Gelenk an der Pforte

Das Forschungsteam unter Federführung von Prof. Dr. Martin Göpfert, Leiter der Abteilung Zelluläre Neurobiologie an der Universität Göttingen, hat diese Vermutung jetzt überprüft. „Unsere Annahme war, dass das Verdoppeln der Spirale die Steifheit der Öffnungsfeder halbieren würde. Das war nicht der Fall“, erklärt Dr. Thomas Effertz, einer der beiden Erstautoren und Mitarbeiter der Universitätsmedizin Göttingen.

Die Forscher fanden heraus, dass die gewundene Spirale steif ist, jedoch über ein verformbares Gelenk flexibel an der Pforte des Kanals befestigt ist. Verdoppelten die Forschenden das Gelenk, halbierte sich die Steifheit der Öffnungsfeder, was zeigt, dass das Gelenk die Öffnungsfeder ist. „Tatsächlich konnten wir auf molekularer Ebene beobachten, dass sich nicht die Spirale, sondern das flexible Gelenk unter mechanischer Spannung verformt“, sagt Prof. Dr. Bert de Groot vom Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften in Göttingen.

„Wir vermuten“, sagt Dr. Philip Hehlert, ebenfalls Erstautor und Mitarbeiter in Göpferts Abteilung, „dass Öffnungsfedern in jedem Ionenkanal versteckt sind, auch im menschlichen Ohr.“ Unabhängig davon, ob mechanische, elektrische oder chemische Signale einen Ionenkanal öffnen, müsse die Kanalpforte elastisch aufgehängt sein, um überhaupt aufgehen zu können, führt der Experte aus. „Und diese Aufhängung muss als Öffnungsfeder dienen“, sagt Hehlert.

Die Ergebnisse der Studie liefern damit nicht nur wichtige neue Erkenntnisse, wie der Hörvorgang molekular gestartet wird. Sie tragen auch dazu bei, die grundlegende Funktion von Ionenkanälen besser zu verstehen, die wesentlicher Bestandteil aller Zellen und Basis aller Sinne sind.

Originalpublikation: Philip Hehlert, Thomas Effertz et al. NOMPC ion channel hinge forms a gating-spring that initiates mechanosensation. Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-024-01849-3

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