Исследователи идентифицировали белок-рецептор, который может определять приближение зимы.
Выводы, которые планируется опубликовать 29 августа в журнале Cell, раскрывают первый известный холодочувствительный белок, реагирующий на экстремальный холод.
«Очевидно, что кожные нервы могут ощущать холод. Но никто не смог точно определить, как именно они его ощущают», - сказал Шон Сюй, преподаватель Института наук о жизни Мичиганского университета и старший автор исследования. изучение. «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 изменение и передают эту информацию в мозг. Это верно для всех организмов, от человека до крошечных червей длиной в миллиметр, которых исследователи изучают в лаборатории Сюй в Институте наук о жизни: модельная система Caenorhabditis elegans.
«Когда вы выходите на улицу и чувствуете, что на улице слишком холодно, вы принимаете меры, чтобы вернуться в более теплую среду, как только сможете», - сказал Сюй, который также является профессором Медицинского университета Университета Мексики. Кафедра молекулярной и интегративной физиологии школы. «Когда черви чувствуют холод, они также начинают избегать низких температур, как и люди».
Но в отличие от человека или других сложных организмов, C. elegans имеет простой, хорошо картированный геном и короткую продолжительность жизни, что делает их ценной модельной системой для изучения сенсорных реакций.
Предыдущие поиски рецептора холода не увенчались успехом, потому что исследователи сосредоточились на определенных группах генов, связанных с ощущением, что является предвзятым подходом, сказал Сюй. Воспользовавшись простотой C. elegans, он и его коллеги вместо этого использовали беспристрастный подход. Они просмотрели тысячи случайных генетических вариаций, чтобы определить, какие из них влияют на реакцию червей на холод.
Исследователи обнаружили, что черви, у которых отсутствует ген рецептора глутамата glr-3, больше не реагируют, когда температура опускается ниже 18 градусов по Цельсию (64 F). Этот ген отвечает за создание белка-рецептора GLR-3. Без этого белка черви стали нечувствительны к низким температурам, что указывает на то, что белок необходим червям для ощущения холода.
Более того, ген glr-3 эволюционно законсервирован у разных видов, включая человека. И оказывается, версии этого гена у позвоночных также могут функционировать как рецепторы, чувствительные к холоду.
Когда исследователи добавили версию гена млекопитающих к мутантным червям, лишенным glr-3 и, следовательно, нечувствительным к холоду, они обнаружили, что это избавило червей от чувствительности к холоду. Они также добавили версии генов червей, рыбок данио, мыши и человека в нечувствительные к холоду клетки млекопитающих. Со всеми версиями гена клетки становились чувствительными к низким температурам.
Мышиная версия гена, GluK2 (субъединица 2 каинатного типа глутаматного ионотропного рецептора), хорошо известна своей ролью в передаче химических сигналов в головном мозге. Исследователи, однако, обнаружили, что этот ген также активен в группе сенсорных нейронов мыши, которые обнаруживают стимулы окружающей среды, такие как температура, через сенсорные окончания в коже животных.
Уменьшение экспрессии GluK2 в сенсорных нейронах мышей подавляло их способность ощущать холод, но не температуру. Полученные 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 еще не были идентифицированы в природе».
Помимо Сюй, авторами исследования являются: Элизабет Ронан, Вей Кай, Махар Фатима, Ханкю Ли, Чжаоюй Ли, Кевин Пайп и Бо Дуан из UM; Jianke Gong, Jinzhi Liu, Feiteng He и Wenyuan Zhang из Huazhong University of Science and Technology в Китае и UM; Цзяньфэн Лю из Хуачжунского университета науки и технологий; и Гун-Хо Ким из Ульсанского национального института науки и технологий в Южной Корее.