Обнаружены неожиданные детали молекулярного механизма, который обеспечивает нам температурную чувствительность.

Белки, образующие ионные каналы, регулируют прохождение определенных ионов через клеточную мембрану
Температурный рецептор TRPV1. (a) Мутации в аминокислотах, выделенных красным, желтым и оранжевым, «отключают» его термочувствительность, но не влияют на другие функции белка. (b) Белок несколько раз пронизывает клеточную мембрану, причем все 3 мутации затрагивают одну и ту же область, выходящую на поверхность клетки

Несмотря на обыденность ощущения, механизм работы наших термочувствительных рецепторов крайне сложен и до конца непонятен. Поэтому группа американского профессора Ардема Патапутяна (Ardem Patapoutian) сконцентрировала свои усилия на одном из них, белке TRPV1. Они получили тысячи различных мутантных форм этого белка, нарушения в которых затрагивали различные его регионы. Протестировав их на активность, ученые выяснили, какая именно часть этой крупной молекулы определяет ее функциональность и — как следствие — смогли раскрыть некоторые детали этой работы.

«С момента открытия этих белков оставалось непонятным, как именно реагируют они на температурное воздействие. Именно этому вопросу посвящено наша исследование, — поясняет Ардем Патапутян, — а поскольку температурная чувствительность нашего организма тесно связана с генерацией болевых ощущений, эти же рецепторы могут стать мишенями для блокирования лекарствами против хронических болей».

Люди, как и большинство других позвоночных животных, используют различные специализированные нервные клетки, реагирующие на различные стимулы внешней среды — такие, как давление и температура. Нейроны эти расположены в спинном мозге и связаны с кожей и внутренними органами через длинные отростки-аксоны.

На поверхностях этих аксонов имеются белки особой группы — ионные каналы, они образуют в клеточной мембране поры и регулируют прохождение определенных веществ через них, создавая разницу их концентраций между клеткой и окружающей ее средой. Разные ионные каналы позволяют передаваться нервным импульсам, сокращаться мышцам — и ощущать температуру. При определенной температуре такие рецепторные каналы полностью раскрыты, позволяя ионам свободно перемещаться и создавая градиент, который становится источником электрического сигнала нервной системы. При другой температуре каналы закрываются.

Сегодня известно, что разные типы нейронов реагируют на горячее и холодное. В 1997 г. было показано, что за горячие ответственны клетки, «экипированные» именно рецептором TRPV1. Его ионный канал раскрывается, когда температура достигает примерно 42° C. Это открытие позволило в считанные годы идентифицировать и рецепторы, реагирующие на другие температуры (TRP-белки).

Но что же происходит с белком при воздействии той или иной температуры? И что определяет его высокую температурную специфичность? Чтобы попытаться ответить на эти вопросы, группа Патапуняна и взялась за исследование TRPV1. Стоит заметить, что перед этим они выбрали объектом аналогичный рецептор, TRPV3. Однако он слишком плохо изучен и биофизическая модель его действия оказалась столь сложна и запутана, что ученые отказались от этого направления.

Итак, были получены около 8,5 тыс. мутантных форм TRPV1 и изучена их активность, чтобы выяснить, повреждения каких именно участков рецептора меняют его свойства. В идеале — это должна быть точечная мутация (т.е. замена одной-единственной аминокислоты в цепочке белка), в корне лишающая его температурной рецепторной чувствительности. То есть, сам по себе ионный канал бы действовал и реагировал на другие стимулы — например, капсаицин (компонент красного перца, ответственный за его жгучий вкус, раздражает как раз эти рецепторы) — но не на изменение температуры.

Идеального случая, конечно, не вышло, но результат все равно оказался интересным. Были идентифицированы несколько мутаций, лишавших рецептор чувствительности к температуре, но не сказывавшихся на других его свойствах.

Важно то, что все эти мутации затрагивают один небольшой фрагмент структуры белка, который, по имеющимся данным, расположен на внешней стороны поры, обращенной вне клетки. Это может свидетельствовать о том, что рецептор TRPV1 несет определенный домен, который и определяет его температурную чувствительность.

Кроме того, выяснилось, что TRPV1 может раскрывать пору двумя способами — либо на краткое время (1 мс), либо на более длительное (10 мс). Так вот, все заинтересовавшие ученых мутации нарушали именно долговременное раскрытие поры. По мнению ученых, «температурно-чувствительный домен» рецептора действует так: пора раскрывается на краткое время, а домен (при достаточной температуре) стабилизирует ее на более длительное.

Как можно заметить, это лишь начало детального понимания того, откуда у нас берутся эти привычные ощущения — «холодно», «теплее», «горячо». Понемногу приближаемся мы к раскрытию механизмов работы и других наших органов чувств. О самом, пожалуй, сложном из них — обонянии — читайте: «Древнейшее из чувств».

По пресс-релизу Scripps Research Institute