Почему мята кажется холодной: ученые раскрывают скрытый механизм
Ученые впервые визуализировали, как ключевой сенсорный белок обнаруживает как низкие температуры, так и охлаждающие вещества, такие как ментол.
При приближении к холодному воздуху или употреблении мятной конфеты активируется специализированный сенсор в организме, который посылает сигнал в мозг о том, что что-то холодное. Исследователи получили первые изображения высокого разрешения, демонстрирующие работу этого сенсора, показывающие, как он реагирует как на низкие температуры, так и на ментол — охлаждающее вещество, содержащееся в мяте. Результаты были недавно представлены на 70-й ежегодной конференции Биофизического общества в Сан-Франциско.
Исследование сосредоточено на TRPM8, белковом канале, который обнаруживает холодные условия. «Представьте TRPM8 как микроскопический термометр внутри вашего тела», — сказал Хёк-Джун Ли, научный сотрудник лаборатории Сок-Ён Ли в Университете Дьюка. «Это основной сенсор, который сообщает вашему мозгу, когда холодно. Мы давно знали, что это происходит, но не знали, как. Теперь мы можем это увидеть».
TRPM8 расположен в мембранах сенсорных нервных клеток, иннервирующих кожу, рот и глаза. Когда температура опускается примерно до 7-28°C (46-82°F), канал открывается и позволяет заряженным частицам, известным как ионы, проникать в клетку. Это движение ионов генерирует электрический сигнал, который передается в мозг, где он интерпретируется как ощущение прохлады. Тот же механизм объясняет, почему ментол, эвкалипт и подобные вещества создают ощущение прохлады, даже когда температура не меняется.
«Ментол действует как трюк, — объяснил Ли. — Он прикрепляется к определенной части канала и запускает его открытие, подобно тому, как это происходит при низкой температуре. Поэтому, хотя ментол на самом деле ничего не замораживает, ваше тело получает тот же сигнал, как если бы оно соприкасалось со льдом».
Визуализация канала в действии
Чтобы понять, как TRPM8 меняет форму во время активации, команда использовала криоэлектронную микроскопию — метод, позволяющий получать изображения быстро замороженных белков с помощью электронного пучка. Этот подход позволил им зафиксировать ряд структурных состояний по мере перехода канала из закрытого состояния в открытое.
Их анализ показал, что холод и ментол активируют TRPM8 через перекрывающиеся, но различные внутренние пути. Воздействие холода в основном изменяет область поры, которая представляет собой часть канала, открывающуюся для прохождения ионов. Ментол связывается в отдельном участке белка и запускает структурные изменения, которые распространяются по молекуле до тех пор, пока пора не откроется.
«Когда холод сочетается с ментолом, реакция усиливается синергетически», — сказал Ли. «Мы использовали это сочетание, чтобы зафиксировать канал в открытом состоянии — чего не удавалось достичь с помощью одного только холода».
Медицинская значимость и «холодная точка»
Понимание того, как работает TRPM8, может иметь важные клинические последствия. Проблемы с этим каналом связаны с хронической болью, мигренью, сухостью глаз и некоторыми видами рака. Один из препаратов, воздействующих на TRPM8, аколтремон, — это одобренные FDA глазные капли, используемые для лечения синдрома сухого глаза. Будучи аналогом ментола, он активирует путь охлаждения, чтобы увеличить выработку слез и снять раздражение.
Ученые также выявили то, что они называют «холодной точкой» — специфическую область белка, которая играет центральную роль в восприятии температуры. Эта область, по-видимому, помогает каналу оставаться чувствительным при длительном воздействии холода, предотвращая его десенсибилизацию.
«Ранее было неясно, как холод активирует этот канал на структурном уровне», — сказал Ли. «Теперь мы видим, что холод вызывает специфические структурные изменения в области пор. Это дает нам основу для разработки новых методов лечения, направленных на этот механизм».
Выявив, как изменения температуры и охлаждающие химические вещества сходятся на одном и том же молекулярном сенсоре, исследование впервые дает подробное структурное объяснение того, как организм воспринимает холод. Результаты затрагивают давнюю загадку сенсорной биологии и могут помочь в разработке более точных методов лечения, направленных на этот механизм.
