Идентифицирована генная мутация, способная регулировать боль
Боль поражает не менее 1,5 миллиарда человек в мире, и, несмотря на наличие различных обезболивающих, не все формы боли поддаются лечению. Кроме того, анальгетики могут иметь побочные эффекты, такие как зависимость и толерантность, особенно в случае морфина и других опиоидов.
В поисках новых обезболивающих исследователи из Специальной лаборатории боли и сигналинга (LEDS) Института Бутантан (Сан-Паулу, Бразилия) изучили рецептор TRPV1 в сенсорных нейронах, который улавливает вредные стимулы, включая тепло и жгучее ощущение от перца чили. Они обнаружили потенциальную мутацию, приводящую к нечувствительности к боли, в гене, кодирующем этот белок. Результаты опубликованы в Journal of Clinical Investigation.
Исследование проводилось совместно со Стэнфордским университетом, Университетом Эмори (США) и Университетской клиникой Мюнстера (Германия). Учёные проанализировали ряд мутаций у людей, а также использовали существующие знания о птицах. В отличие от млекопитающих, у птиц рецептор TRPV1 естественно устойчив к вредным воздействиям и даже к острой пище, но при этом они всё ещё способны ощущать боль.
"Существует более 1000 мутаций TRPV1 у людей, и попытки "выключить" рецептор для облегчения боли сами по себе не новы, но до сих пор они не были успешными", — сказала Ванесса Олзон Замбелли, исследователь LEDS и соавтор статьи.
Проблемы существующих подходов:
- Многие препараты нарушают регуляцию температуры тела.
- TRPV1 — важный канал для восприятия тепла, и полное изменение его активности отменяет физиологическую боль, нарушая ощущение жгучего тепла, которое выполняет защитную функцию.
Ход исследования
Учёные начали с анализа геномной базы данных для сравнения генетических последовательностей птичьего и человеческого TRPV1. С помощью вычислительных методов они идентифицировали пять птичьих мутаций, которые, как они полагали, связаны с устойчивостью к боли.
Криогенная электронная микроскопия (не требующая больших образцов или кристаллизации) показала, что все пять мутаций расположены в остатке аминокислоты K710, который, как считается, контролирует открытие и закрытие канала TRPV1.
Эти мутации также могут присутствовать у людей, но они очень редки. Исследователи решили выяснить, что произойдёт, если "пересадить" их млекопитающим.
- Тесты на клетках: При тестировании этих вариантов в генетически модифицированных клетках функция канала действительно изменилась.
- Создание мышей: С помощью техники редактирования генов CRISPR/Cas9 были созданы мыши с мутацией K710N, которая, как ранее выяснилось, снижает реакцию рецептора на капсаицин (активное вещество перца) в клетках.
Результаты экспериментов на мышах
- Реакция на капсаицин: У мышей с мутацией K710N, которым вводили капсаицин и давали острую куриную пищу, не наблюдалось ноцицептивного поведения (избегания боли). В отличие от них, нормальные мыши поднимали лапы, чтобы избежать контакта с капсаицином.
- Реакция на травму нерва: Мыши с мутацией K710N также показали меньшую гипералгезию (повышенную чувствительность к боли) после повреждения нерва.
- Сохранение защитной функции: При этом их реакция на вредное тепло осталась неизменной.
- Блокировка K710: Блокировка региона K710 у нормальных мышей ограничивала острую поведенческую реакцию на вредные стимулы и возвращала болевую гипералгезию, вызванную повреждением нерва, к исходному уровню.
Защитная роль TRPV1 и дополнительные тесты
Помимо модуляции боли, TRPV1 также играет важную защитную роль против других стимулов. Например, есть данные, что в ненейрональных клетках он служит внутриклеточным молекулярным сенсором, защищающим от клеточного стресса, вызванного глюкозой, или ишемии тканей.
Дополнительные тесты на кардиомиоцитах (клетках сердечной мышцы), подвергнутых воздействию перекиси водорода и высоких уровней глюкозы, а также модель церебральной ишемии подтвердили, что защитный эффект сохраняется даже при наличии мутации.
Фармакологический подход и перспективы
Вторая часть исследования заключалась в попытке фармакологически снизить функцию рецептора. Для этого исследователи разработали пептид V1-cal, который действовал избирательно на регион K710.
Мыши, обработанные V1-cal и получившие капсаицин, демонстрировали:
- Меньшее ноцицептивное поведение.
- Сниженное высвобождение нейропептидов, ведущих к нейрогенному воспалению и отёку.
- Сохранение нормальной температуры тела.
- Значительное улучшение при хронической боли.
"Теперь мы хотим повысить ценность этого исследования, валидировав результаты в условиях надлежащей лабораторной практики, идентифицировав другие малые молекулы, кроме пептида, которые легче синтезировать, провести доклинические испытания и, если они будут успешными, начать клиническое испытание", — сказала Замбелли.