Ученые из Университета Дьюка впервые визуализировали работу сенсорного белка TRPM8, отвечающего за восприятие низких температур и охлаждающих веществ. Используя криоэлектронную микроскопию, команда зафиксировала переход канала из закрытого состояния в открытое, раскрыв тайну передачи сигнала о холоде.
Почему к холоду нельзя привыкнуть. Одной из самых сложных задач для ионных каналов в нервных клетках является сохранение работоспособности при экстремальных изменениях среды. Обнаруженное учеными «холодовое пятно» объясняет, почему мы продолжаем чувствовать холод даже при долгом нахождении на морозе. В отличие от многих других рецепторов, которые быстро «привыкают» к раздражителю и перестают посылать сигналы, TRPM8 сохраняет активность. Это позволяет организму постоянно получать информацию о потенциально опасном переохлаждении, поддерживая гомеостаз и защищая ткани от обморожения. Работа показывает, почему к холоду нельзя привыкнуть.
Ощущение прохлады от свежего воздуха или мятной жвачки возникает благодаря работе микроскопического «термометра» в нашем теле — белкового канала TRPM8. Этот сенсор расположен в мембранах нервных клеток кожи, рта и глаз. Когда температура падает или на рецептор воздействует ментол, канал открывается, пропуская ионы внутрь клетки.
Это создает электрический импульс, который мозг интерпретирует как холод. Несмотря на то что биологи давно знали о существовании этого механизма, детальная структура процесса оставалась загадкой. В своей работе, представленной на 70-м конгрессе Biophysical Society Annual Meeting в Сан-Франциско, исследователи подчеркивают, что ментол фактически «обманывает» систему, прикрепляясь к определенной части канала и заставляя его открыться точно так же, как это делает физический холод.
Соавтор работы Хек-Джун Ли отмечает: «Раньше было неясно, как холод активирует этот канал на структурном уровне. Теперь мы видим, что низкая температура вызывает специфические изменения в области поры. Это дает нам основу для разработки новых лекарств, нацеленных на данный путь».
Визуализация структуры
Чтобы увидеть белок в действии, ученые применили метод криоэлектронной микроскопии, который позволяет изучать быстрозамороженные молекулы. Выяснилось, что холод и ментол используют перекрывающиеся, но разные внутренние пути для активации.
Если холод воздействует преимущественно на область поры, то ментол связывается с отдельным участком белка, вызывая структурную цепную реакцию. Ученые отмечают, что при одновременном воздействии холода и ментола ответ канала усиливается.
Именно эта комбинация позволила исследователям зафиксировать TRPM8 в открытом состоянии, чего ранее не удавалось достичь при воздействии только низких температур. В ходе анализа была обнаружена особая зона, названная «холодовым пятном», которая играет ключевую роль в поддержании чувствительности канала при длительном охлаждении.
Понимание этих нюансов критически важно для медицины, так как нарушения в работе TRPM8 связаны с хронической болью, мигренями и синдромом сухого глаза. Полученные данные помогут в создании более точных аналогов ментола для терапевтических целей.