Новое исследование обоняния ставит под сомнение устоявшуюся модель клеточной сигнализации
Исследователи из Johns Hopkins Medicine получили данные, которые могут опровергнуть преобладающее представление о работе важного типа внутриклеточной сигнализации. Считалось, что одна молекула рецептора на поверхности клетки активирует сотни нижестоящих молекул белка для генерации сигнала.
Новые результаты, полученные на генетически модифицированных мышах, показывают, что рецепторы обонятельных клеток носа активируют в среднем гораздо меньше специальных белков — обычно одну молекулу, максимум — чтобы запустить каскад химических реакций, достигающих отделов мозга, отвечающих за распознавание запахов. И в большинстве случаев эта сигнализация вообще не происходит.
Результаты, опубликованные 1 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences, касаются сигнального пути G-белок-сопряжённых рецепторов (GPCR). Этот путь распространён по всему организму и является основной мишенью для разработки лекарств от множества заболеваний — от гипертонии до болезни Паркинсона. Он также опосредует такие процессы, как зрение, обоняние, регуляция настроения и иммунный ответ.
Низкая амплификация вместо высокой
С 1980-х годов господствовала идея, что активированная молекула GPCR стимулирует сотни G-белков (гуанин-нуклеотид-связывающих белков). Такая высокая активация, называемая высокой амплификацией, запускает химическую цепную реакцию. Эта концепция возникла из исследований светочувствительных палочек сетчатки, где зрительный пигмент родопсин (GPCR) после поглощения фотона активирует до 500 G-белков.
«В течение последующих 30 с лишним лет учёные экстраполировали эту идею высокой амплификации на другие GPCR-пути», — пояснил профессор Кинг-Вай Яу.
Однако в текущем исследовании обоняния команда обнаружила, что амплификация сигнала крайне низка. Вероятность того, что обонятельный рецептор активирует хотя бы один G-белок, составляет, возможно, лишь 1 к 10 000. «Уровень активации очень слабый», — отметил Яу.
Метод и результаты эксперимента
Команда, включая ведущего автора Ронг-Чанга Ли, пометила флуоресценцией обонятельные клетки носа мыши в чашке Петри. Затем они стимулировали одну клетку раствором одоранта в течение ровно 30 миллисекунд. Это позволило оценить, сколько раз молекулы одоранта сталкивались с рецептором, и рассчитать, сколько столкновений необходимо для активации одной молекулы G-белка. Для расчёта вероятности было проведено около 45 испытаний на каждой из 20 клеток.
Выводы показывают, что при взаимодействии одоранта и рецептора в 99,99% случаев запах не запускает химическую цепную реакцию для отправки сигнала в мозг. «Результат сильно отличается от палочкового зрения», — констатировал Яу.
Будущие исследования и предположения
Учёные предполагают, что световые рецепторы активируют больше G-белков, чем обонятельные, из-за своей чрезвычайной чувствительности к свету, позволяющей улавливать и передавать сигнал от одного фотона.
В дальнейшем исследователи планируют выяснить, применима ли обнаруженная низкая вероятность сигнализации к другим типам одорантов и их рецепторам, а также изучить иные виды рецепторов для подтверждения полученных данных.