Наша нервная система вырабатывает молекулы-регуляторы опиоидные нейропептиды, в том числе ноцистатин. Роль этого соединения долгое время оставалась загадкой: его присутствие влияло на процессы снятия боли, но как, было не ясно. Российские ученые доказали, что в нервной системе ноцистатин взаимодействует с каналами, чувствительными к закислению среды. Проект реализуется при поддержке гранта Российского научного фонда. Результаты работы опубликованы в журнале Biomolecules.
Структура белков семейства ASIC
«Нам еще многое предстоит выяснить о регуляции возникновения и прекращения боли на молекулярном уровне. Теперь, когда обнаружена столь необычная функция ноцистатина, интерес к изучению молекул того же класса может возрасти. Мы надеемся прийти к новому пониманию механизма усиления и облегчения боли и в дальнейшем – к созданию более эффективных анальгетиков, не вызывающих привыкания», – поделился планами Сергей Козлов, доктор химических наук, заведующий лабораторией нейрорецепторов и нейрорегуляторов Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова (ИБХ) РАН (Москва).
Сегодня рынок производства обезболивающих препаратов, или анальгетиков, постоянно расширяется и требует разработки новых подходов к созданию лекарств. Многие медикаменты наносят вред печени и почкам, имеют противопоказания и длинный список побочных эффектов, в том числе привыкание. Действие анальгетиков направлено на заглушение сигналов от источника воспаления или травмы к центральной нервной системе, но вместе с тем меняется передача информации между здоровыми органами. Открытие механизмов влияния только на болевые сигналы поможет создать более безопасный и эффективный препарат.
схема действия ноцистатина на ионный канал ASIC
Информация, передающаяся по нервам, представляет собой импульсы электрического тока, которые распространяются вдоль оболочки клеток. Между нейронами есть небольшая щель и для распространения сигнала на следующие клетки в нее высвобождаются специальные молекулы. На принимающей оболочке клетки расположены ионные каналы, способные распознать сигнальные молекулы и запустить электрический сигнал в новой клетке. Эти каналы напоминают ворота, но, чтобы их открыть, нужно подобрать специальный ключ.
В рамках проекта по поиску эффективных обезболивающих ученые из ИБХ РАН пришли к неожиданному открытию. Оказалось, что чувствительные к кислотности среды ионные каналы ASIC на поверхности нервных клеток можно активировать в лабораторных условиях, добавляя к окружающей их среде ноцистатин. Такой эффект был обнаружен впервые, так как ранее все известные молекулы, способные взаимодействовать с этим типом каналов, могли лишь изменять силу или время их открытия. Ключом для ворот тем не менее оставалось подкисление среды. Но теперь ученые доказали, что, когда из одного нейрона выделяется ноцистатин, каналы ASIC второго активируются и запускают сигнал дальше по цепи.
Известно, что ионные каналы ASIC важны не только как участники системы распознавания и передачи болевого сигнала. Они также активно задействованы в процессах обучения, памяти и защите мозга от повреждений, например, от инсульта. До настоящего момента ученые считали, что закисление среды, необходимое для открытия каналов, достигается при интенсивной передаче сигналов между нейронами. Участие в активации ASIC ноцистатина обнаруживает более сложное регулирование с вовлечением рецепторов, распознающих опиоидные нейропептиды. Более того, изучаемые каналы могут быть задействованы в процессах привыкания к наркотическим обезболивающим лекарствам.
Текст: РНФ
Endogenous Neuropeptide Nocistatin Is a Direct Agonist of Acid-Sensing Ion Channels (ASIC1, ASIC2 and ASIC3) by Dmitry I. Osmakov, Sergey G. Koshelev, Igor A. Ivanov, Yaroslav A. Andreev and Sergey A. Kozlov
Biomolecules 2019, 9(9), 401; https://doi.org/10.3390/biom9090401