Структурная основа температурного восприятия каналом TRPV3

Исследователи из Колумбийского университета получили детальные изображения температурно-чувствительного ионного канала TRPV3 в открытом, промежуточном и закрытом состояниях. Работа, опубликованная в Nature Structural and Molecular Biology, поможет понять механику ощущения тепла и холода и ускорит разработку лекарств от воспалительных заболеваний кожи, зуда и боли.

Термочувствительные каналы как биологические термометры

Температуру и боль воспринимают специализированные сенсорные нейроны. В конце 1990-х в них обнаружили суперсемейство молекул — каналы переходного рецепторного потенциала (TRP). 11 из 28 известных TRP-каналов высокочувствительны к температуре. Эти «термоTRP» открываются и закрываются в ответ на её колебания, пропуская ионы и передавая сигналы в ЦНС.

«Как эти каналы чувствуют температуру и меняются на молекулярном уровне, оставалось загадкой», — говорит руководитель исследования Александр И. Соболевский.

Прорыв благодаря крио-ЭМ и мутации

Важный прорыв произошёл в 2013 году, когда для визуализации TRP-каналов впервые применили крио-электронную микроскопию (крио-ЭМ). Однако получить изображения термоTRP при разных температурах, особенно высоких, не удавалось.

В новом исследовании лаборатория Соболевского нашла мутацию в канале TRPV3, повышающую его температурную чувствительность. Это позволило зафиксировать канал в открытом, сенсибилизированном и закрытом положениях — ключевой шаг для крио-ЭМ-анализа. Полученные изображения показали структурные изменения TRPV3 при активации теплом.

«Эти изменения, по-видимому, зарождаются в ион-проводящей мембранной части TRPV3, которая чувствует температуру через взаимодействие с окружающими липидами мембраны», — поясняет первый автор работы Аппу К. Сингх.

Роль TRPV3 и перспективы

TRPV3 в основном экспрессируется в клетках кожи и участвует в:

• температурном восприятии,
• ноцицепции (реакции на вредные стимулы),
• зуде,
• поддержании кожного барьера,
• заживлении ран,
• росте волос.

Канал также связан с кожными заболеваниями: атопическим дерматитом, псориазом, розацеа. Мыши без TRPV3 не чувствуют тепло.

«Наши структуры могут стать основой для изучения биофизики температурной активации ионных каналов, а также шаблоном для разработки лекарств от кожных заболеваний», — говорит Соболевский.

В отдельной работе в Nature Communications та же команда описала структуру термоTRP (crTRP1) у микроорганизма — водоросли Chlamydomonas reinhardtii. Это первая подобная структура у микроорганизмов.