Впервые сняты на видео "датчики давления" в организме, открытие которых удостоилось Нобелевской премии

Исследователи из Имперского колледжа Лондона впервые визуализировали активность ионных каналов Piezo1 и Piezo2 — "датчиков давления" в организме, открыватели которых получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине 2021 года.

Эти каналы, отвечающие за обнаружение и реакцию на изменения давления, играют ключевую роль в регуляции кровяного давления, дыхания, контроля мочевого пузыря и иммунной системы. Они могут стать важными мишенями для лекарств будущего при различных заболеваниях, включая рак.

До сих пор изучение активности каналов Piezo было возможно только с помощью инвазивных или косвенных методов. Чтобы визуализировать каналы, исследователи под руководством доктора Периклиса Пантазиса разработали высокоспецифичный биосенсор GenEPi, который светится под микроскопом при активации каналов Piezo1.

Биосенсор успешно протестировали на клеточном уровне и на уровне целого организма, выделив активность Piezo1 в клетках рака шейки матки человека, клетках почки, крайней плоти, а также в бьющихся клетках сердца мыши и целых эмбрионах рыбки данио. Это первый неинвазивный и специфичный визуальный метод для изучения активности Piezo1, позволяющий детально наблюдать за его поведением в здоровом состоянии и при болезнях. Работа опубликована в Nature Communications.

Новые мишени для лекарств?

Для изучения каналов исследователи создали GenEPi — репортер ионов кальция, который специфично связывается с каналом Piezo1, не влияя на его функцию. GenEPi ярко светится только тогда, когда каналы открываются и пропускают ионы кальция. Это позволяет впервые увидеть, когда и где они активны.

Возможность визуализировать работу каналов может привести к лучшему пониманию их роли в фундаментальных физиологических процессах, таких как образование новых кровеносных сосудов, миграция и пролиферация клеток. Эти процессы используются раковыми клетками во время роста опухоли и метастазирования.

Каналы могут стать мишенями для нового типа нехимических препаратов, работающих механически, чтобы дополнить более широко используемые лекарства.

Принцип работы и будущие исследования

Механические стимулы, такие как изменения давления, заставляют каналы Piezo открываться, что позволяет в основном ионам кальция проходить внутрь клетки. Этот приток ионов запускает ответ, который достигает мозга и позволяет ему реагировать — например, посылая сознательные сигналы о наполнении мочевого пузыря или подсознательные сигналы о высоком кровяном давлении.

Исследователи теперь применяют принцип конструкции GenEPi для разработки оптических репортеров и для других ионных каналов. Они также продолжат изучать роль Piezo1 при различных заболеваниях, включая рак.