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.
Ученые объяснили, почему вкус ментола холодит
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.
Новые структурные изображения чувствительного к холоду канала TRPM8 показывают, как низкая температура и ментол активируют один и тот же путь с помощью различных механизмов. Эти открытия могут объяснить на такие состояния, как хроническая боль и синдром сухого глаза, и предлагают новые способы точной настройки этого сенсора охлаждения для получения терапевтического эффекта. Shutterstock
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.
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.
Мята перечная. Листья растения содержат много полезных веществ, включая эфирное масло. Главным компонентом этого масла является l-ментол, который придает листьям свежий аромат и характерный вкус.
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.
Используя криоэлектронную микроскопию — технику, которая позволяет получать изображения быстрозамороженных белков с помощью электронного луча — исследователи запечатлели несколько конформационных снимков чувствительного к холоду канала TRPM8 в процессе его перехода из закрытого состояния в открытое.
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.