Чувства боли и дискомфорта имеют решающее значение для выживания и эволюции животных, поскольку они помогают обнаруживать травмы или экзистенциальные угрозы и точно определять их местонахождение в теле. Болевые сигналы производятся ноцицепторами, сенсорными нейронами, которые реагируют на повреждение тела и посылают сигналы «угрозы» в спинной мозг.
Ноцицепторы (т. е. нейроны, воспринимающие боль) представляют собой, по существу, оголенные нервные окончания, которые можно найти во всех частях тела, включая кожу, мышцы, кости и внутренние органы. Хотя во многих нейробиологических исследованиях изучалась их структура и функция, механизмы, лежащие в основе их активации, остаются плохо изученными.
Исследователи из Медицинской школы Массачусетского университета и Вустерского политехнического института недавно решили лучше понять эти механизмы, проводя эксперименты на личинках плодовых мух. Их результаты, опубликованные в журнале Neuron , предполагают, что эти нейроны специфически реагируют на напряжение сдвига (то есть напряжение, вызванное двумя силами одинаковой силы, действующими на противоположных сторонах тела и движущимися в противоположных направлениях), но не реагируют на растяжение.
«Физиологические силы, участвующие в активации ноцицепторов, до сих пор неясны», — сказал MedicalXpress старший автор статьи Ян Сян. «В нашей области преобладает мнение, что ноцицепторы должны активироваться растяжением клеточной мембраны. Однако при исследовании ноцицепторов у дрозофилы (т. е. плодовых мушек ) мы неожиданно обнаружили, что растяжение не активирует ноцицепторы».
Ключевой целью недавней работы Сяна и его коллег было определение специфических сил, которые приводят к активации этих нейронов, чувствительных к боли, и выяснение лежащих в основе механизмов передачи. Для этого исследователи сначала провели поведенческие эксперименты, в ходе которых прокалывали личинку плодовой мухи с помощью калиброванной лески.
«В отсутствие стимуляции личинки имеют тенденцию двигаться вперед, часто меняя направление», — объяснил Сян. «Однако, когда мы ткнули личинку, она перестала двигаться и демонстрировала вращение тела на 360 градусов. Это перекатывание интерпретировалось как болевое поведение (т.е. поведение животного, направленное на уход от опасности). Сила реакции измерялась в процентах от животные, которые переворачивались в ответ на тыкание».
Используя компьютерное моделирование, команда обнаружила, что если тыкать личинкой плодовой мушки, можно вызвать два разных вида сил: растяжение и напряжение сдвига для стимуляции ноцицепторов. В следующих экспериментах по визуализации кальция, чтобы выяснить, какие силы ответственны за активацию ноцицепторов, исследователи растягивали ноцицепторы личинок или применяли к ним силу сдвига . Они обнаружили, что ноцицепторы личинок активировались при сдвиговом напряжении, а не при растяжении.
Они также смогли идентифицировать специфический тип ионного канала, который находится в ноцицепторах и активируется напряжением сдвига, называемый транзиторным рецепторным потенциалом A1 (TrpA1). Интересно, что напряжение сдвига, по-видимому, способно активировать TrpA1 в небольшом участке клеточной мембраны, лишенном клеточного окружения, что свидетельствует о том, что TrpA1 является молекулярным сенсором напряжения сдвига. Они также показывают, что влияние напряжения сдвига было связано с модуляцией текучести мембраны.
«В нашем исследовании есть два примечательных вывода», — сказал Сян. «Во-первых, мы показали, что напряжение сдвига может быть физиологически значимой силой, которая имеет решающее значение для активации ноцицепторов. Во-вторых, мы предоставили доказательства того, что TrpA1 является датчиком напряжения сдвига, и это свойство сохраняется для TrpA1, полученного из дрозофилы, мышей и людей».
Известно, что большинство известных механочувствительных ионных каналов в организме животных чувствительны к растяжению. Недавняя работа этой группы исследователей показывает, что TrpA1 — нет.
Этот ключевой вывод предполагает, что в ощущении боли могут участвовать механические силы, отличные от растяжения. В будущем это может проложить путь для дальнейших исследований TrpA1 и других ноцицепторов, что может привести к новым и важным открытиям.
«В ходе нашего исследования мы отметили высокую экспрессию TrpA1 в желудочно-кишечном тракте дрозофилы», — добавил Сян. «Здесь напряжение сдвига — это естественная механическая сила, связанная с прохождением пищи и сокращением желудочно-кишечного тракта. В настоящее время мы изучаем, как определение напряжения сдвига TrpA1 может способствовать росту и функционированию ткани кишечника».
