Исследовательская группа Северо-Западного университета обнаружила, как обжигающая жара и повреждение тканей активируют древний «болевой» рецептор у простых животных. Полученные результаты могут привести к разработке новых стратегий разработки обезболивающих препаратов для лечения людей.
Простейший (и часто первый) компонент нашего переживания боли называется «ноцицепцией». Это относится к тому факту, что специальные рецепторы в нашем теле быстро реагируют на потенциально опасные условия, такие как экстремальная жара или повреждение тканей, запуская защитные рефлексы - например, убирание руки с горячей плиты.
Простые животные, такие как черви и насекомые, не испытывают боли в человеческом смысле, но они используют системы ноцицептивных рецепторов, чтобы избежать потенциально опасных условий.
В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Nature Neuroscience, нейробиолог из Северо-Запада Марко Галлио и его коллеги сообщают, что планарии, плоские черви, дрозофилы и люди могут использовать удивительно похожий молекулярно-генетический механизм, чтобы реагировать на обжигающее тепло, раздражающие химические вещества и ткани. травма.
«То, что планарии используют тот же молекулярный рецептор, что и мухи, мыши и люди, для обнаружения потенциально опасных или ядовитых раздражителей из окружающей среды, свидетельствует о замечательном уровне эволюционной консервации», - сказал Галлио, доцент нейробиологии в Северо-Западном колледже Вайнберга. Arts and Sciences и соответствующий автор исследования.
Это означает, что наши простейшие болевые рефлексы имеют много общего с рефлексами большинства других животных и что то, что ученые узнают, проводя фундаментальные исследования простейших систем, может иметь последствия, которые распространяются на лечение боли у животных. люди.
«Планарии - одни из самых простых животных с центральным мозгом, и они способны к активному поведению, такому как охота и поиск пищи», - сказал Галлио. «Как таковые, они являются отличной моделью для понимания некоторых основных принципов функционирования нервной системы».
Исследовательская группа Галлио обнаружила, что планарии обладают собственным вариантом уже известного рецептора, переходного рецепторного потенциала анкирина 1 (TRPA1). TRPA1 наиболее известен как «рецептор васаби» у людей и как датчик раздражителей окружающей среды, вызывающих ощущение боли и зуда. TRPA1 является основной мишенью для новых анальгетиков.
В своем исследовании Галлио и его коллеги обнаружили, что у простой планарии также есть TRPA1 и что, как и у людей, он контролирует реакцию на раздражающие химические вещества. В остальном, однако, TRPA1 планарии был больше похож на TRPA1 плодовой мушки; вместо того, чтобы активироваться болезненным холодом (как у человека), оказалось необходимым увести червей от опасного тепла.
«Черви-планарии, у которых отсутствует TRPA1, оказались совершенно нечувствительными к потенциально смертельному теплу и рискнули проникнуть в нашу нагретую экспериментальную камеру, как будто совершенно не подозревая об опасности», - сказал Галлио. «Это было замечательно, но также и озадачивало. Из других экспериментов мы знали, что TRPA1 планарии не активируется напрямую высокой температурой, как TRPA1 других видов».
Чтобы проверить это, исследователи разработали амбициозный эксперимент. «Мы произвели обмен генами между планариями, людьми и мухами», - сказал Галлио.
Мы обнаружили, что планарий TRPA1 (сам по себе нечувствительный к теплу) и даже человеческий ген TRPA1 (активируемый холодом, а не теплом) могут спасти плодовую мушку с мутацией TRPA1 и восстановить ее способность реагировать на ошпаривание. жара. Это было одновременно и волнующе, и озадачивающе», - сказал он.
Решение этой загадки пришло из дальнейших экспериментов, показывающих, что потенциально опасное тепло вызывает выработку промежуточного химического вещества как у планарий, так и у мух. Повреждение тканей часто сопровождается быстрым образованием химической сигнатуры, состоящей из перекиси водорода (H2O2) и других активных форм кислорода (АФК).).
Наши результаты показывают, что H2O2 и АФК также образуются при обжигании, и это хорошо соответствует роли TRPA1 в качестве рецептора для различных раздражающих химических веществ, включая H2O2 и ROS», - сказал Галлио.
Идея, предложенная Галлио и его коллегами, заключается в том, что когда животное, будь то червь, муха или человек, вступает в контакт с потенциально опасными температурами, происходит быстрое локализованное производство H2. O2 и АФК из ошпаренной ткани активируют TRPA1 на ноцицептивных нейронах, способствуя запуску реакции тревоги, которая уводит животное от дальнейшей опасности.
Лаборатория Галлио обычно использует плодовую мушку дрозофилу (модельный организм, который изучали лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине в этом году за открытия в области циркадных часов) в качестве модельной системы для изучения того, как мозг обрабатывает простую информацию. об окружающей среде. Для этой работы Галлио объединился с Кристианом Петерсеном, доцентом кафедры молекулярной биологии Северо-Западного университета, который использует плоских червей в качестве модели для регенерации органов.
«Плоские черви - менее распространенная модель в поведенческой неврологии, но они хорошо изучены из-за их способности регенерировать совершенно новое тело даже из небольших вырезанных фрагментов», - сказал Петерсен, один из авторов статьи. «Эта работа демонстрирует важность изучения различных модельных организмов для выявления консервативных компонентов сложного биологического процесса. Исследование открывает двери для изучения генетики поведения и реакций на окружающую среду с помощью планарий».