Обнаружен "суицидальный" механизм в ионных каналах, отвечающих за ощущение тепла и боли

Ученые из Университета в Буффало раскрыли молекулярный механизм, лежащий в основе способности организма чувствовать тепло и боль. Их исследование, опубликованное 28 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences, выявило неожиданный "суицидальный" процесс в рецепторах ионных каналов.

Ключевая роль рецепторов

Способность различать холодное и горячее критически важна для выживания, так как предупреждает об опасности. Рецепторы, чувствительные к температуре, также отвечают за передачу болевых сигналов, например, от повреждающего тепла. Поэтому понимание их работы — первый шаг к созданию нового поколения обезболивающих с меньшими побочными эффектами.

Исследователи сосредоточились на семействе ионных каналов TRP (transient receptor potential), в частности на рецепторе TRPV1, который активируется капсаицином (компонентом острого перца). Эти рецепторы расположены в окончаниях периферических нервов в коже.

Неожиданное открытие

Используя TRPV1 в качестве модели и разработав новые методики, ученые обнаружили, что нагрев вызывает в рецепторе чрезвычайно мощные и сложные термические переходы. Профессор Фэн Цинь описывает это так: "Это похоже на детонацию атомной бомбы внутри белков".

Главный вывод: эти драматические структурные изменения происходят только один раз. "Мы обнаружили, что для достижения высокой температурной чувствительности ионному каналу необходимо претерпеть экстремальные структурные изменения в своем функциональном состоянии, и эти изменения нарушают стабильность белка", — объясняет Цинь. "Это означает, что канал подвергается необратимому разворачиванию после открытия — он совершает самоубийство".

Это открытие противоречит традиционным ожиданиям, согласно которым температурный рецептор должен быть более термостабильным, особенно при активации в диапазоне температур, который он может обнаружить.

Биологический компромисс

Возможное объяснение лежит в дилемме между физическими принципами и биологическими потребностями. "Биологическая потребность — сильная температурная чувствительность рецепторов — по-видимому, требует больше энергии, чем могут обеспечить обратимые структурные изменения в белке", — говорит Цинь.

"Таким образом, рецепторы вынуждены использовать нетрадиционный, саморазрушающий способ, чтобы удовлетворить свои энергетические потребности. Примечательно, как температурные рецепторы обращают разворачивание белка себе на пользу, используя процесс, который обычно считается разрушительным для физиологической функции".

Ученые планируют исследовать, образуются ли новые ионные каналы взамен разрушенных. Также возможно, что нейроны могут каким-то неожиданным способом обнаруживать и "спасать" поврежденные каналы или пополнять их новыми, синтезированными.

"Стоит отметить, что поскольку высокая температура, ощущаемая рецептором, может вызвать повреждение ткани, организм, возможно, не заботится о судьбе разрушенных ионных каналов, так как ткань все равно нуждается в регенерации", — предполагает Цинь. "Возможно, это "умная" стратегия, которую природа разработала, чтобы наилучшим образом удовлетворить высокую потребность канала в температурной чувствительности".