Обнаружен белок, позволяющий организмам чувствовать холод
Исследователи идентифицировали рецепторный белок, который может обнаруживать наступление зимы.
Результаты исследования, запланированные к публикации 29 августа в журнале Cell, раскрывают первый известный белок, реагирующий на экстремальный холод.
«Очевидно, что нервы в коже могут чувствовать холод. Но до сих пор никому не удавалось точно определить, как именно они это делают», — сказал Шон Сюй, сотрудник Института наук о жизни Мичиганского университета и старший автор исследования. «Теперь, я думаю, у нас есть ответ».
Когда температура окружающей среды падает до некомфортного и даже опасного уровня, рецепторные белки в сенсорных нервах кожи воспринимают это изменение и передают информацию в мозг. Это справедливо для организмов от людей до крошечных червей длиной в миллиметр, которых изучают в лаборатории Сюя: модельной системы Caenorhabditis elegans.
«Когда вы выходите на улицу и чувствуете, что слишком холодно, вы предпринимаете действия, чтобы как можно скорее вернуться в более тёплую среду», — сказал Сюй. «Когда черви чувствуют холод, они также демонстрируют поведение избегания — отдаляются от низких температур, как и люди».
Но в отличие от людей или других сложных организмов, C. elegans имеет простой, хорошо изученный геном и короткую продолжительность жизни, что делает их ценной моделью для изучения сенсорных реакций.
Предыдущие поиски холодового рецептора были неудачными, потому что исследователи сосредотачивались на конкретных группах генов, связанных с ощущениями, что является предвзятым подходом, отметил Сюй. Используя простоту C. elegans, он и его коллеги применили непредвзятый подход. Они изучили тысячи случайных генетических вариаций, чтобы определить, какие из них влияют на реакцию червей на холод.
Исследователи обнаружили, что черви, лишённые гена рецептора глутамата glr-3, переставали реагировать, когда температура опускалась ниже 18 градусов Цельсия (64 °F). Этот ген отвечает за выработку рецепторного белка GLR-3. Без этого белка черви становились нечувствительными к холоду, что указывает на его необходимость для восприятия холода.
Более того, ген glr-3 эволюционно консервативен у разных видов, включая человека. Оказалось, что версии этого гена у позвоночных также могут функционировать как холодовой рецептор.
Когда исследователи добавили версию гена млекопитающих мутантным червям, лишённым glr-3 (и, следовательно, нечувствительным к холоду), они обнаружили, что это восстановило их холодовую чувствительность. Они также добавили версии гена червя, рыбы-зебры, мыши и человека в нечувствительные к холоду клетки млекопитающих. Со всеми версиями гена клетки стали чувствительными к низким температурам.
Мышиная версия гена, GluK2 (глутаматный ионотропный рецептор каинатного типа, субъединица 2), хорошо известна своей ролью в передаче химических сигналов в мозге. Однако исследователи обнаружили, что этот ген также активен в группе сенсорных нейронов мыши, которые обнаруживают внешние раздражители, такие как температура, через сенсорные окончания в коже животных.
Снижение экспрессии GluK2 в сенсорных нейронах мыши подавляло их способность чувствовать холодные, но не прохладные температуры. Эти данные предоставляют дополнительные доказательства того, что белок GluK2 служит холодовым рецептором у млекопитающих.
«Все эти годы внимание было сосредоточено на функции этого гена в мозге. Теперь мы обнаружили, что он также играет роль в периферической сенсорной системе», — сказал Сюй. «Это действительно захватывающе. Это был один из немногих оставшихся сенсорных рецепторов, которые ещё не были идентифицированы в природе».