Naukowcy zidentyfikowali białko odpowiedzialne za uczucie zimna

Naukowcy z Uniwersytetu Michigan zidentyfikowali białko, które umożliwia ssakom wyczuwanie zimna, wypełniając tym samym istniejącą od dawna lukę w wiedzy z zakresu biologii sensorycznej.

Odkrycia opublikowane w czasopiśmie Nature Neuroscience mogą pomóc odkryć, jak czujemy się i doświadczamy niskich temperatur zimą oraz dlaczego niektórzy pacjenci odczuwają zimno w różny sposób w zależności od określonych schorzeń.

„Zaczęto odkrywać te czujniki temperatury ponad 20 lat temu wraz z odkryciem białka reagującego na ciepło zwanego TRPV1” – powiedział neurolog. Shawna Shawaprofesor w Instytucie Nauk Przyrodniczych UM i główny autor nowych badań.

„Różne badania wykazały, że białka wyczuwają wysoką, ciepłą, a nawet zimną temperaturę, ale nie byliśmy w stanie potwierdzić, co wykrywa temperaturę poniżej około 60 stopni Fahrenheita”.

W Badanie 2019Naukowcy z laboratorium Shawa odkryli pierwsze białko receptorowe reagujące na zimno u Caenorhabditis elegans – gatunku robaków o milimetrowej długości, które laboratorium bada jako modelowy system do zrozumienia reakcji sensorycznych.

Ponieważ gen kodujący białko C. elegans jest konserwatywny ewolucyjnie u wielu gatunków, w tym u myszy i ludzi, odkrycie to stało się punktem wyjścia do badań czujnika zimna u ssaków: białka zwanego GluK2 (skrót od jonotropowego receptora glutaminianu, kainianowa podjednostka 2). . .

W najnowszym badaniu zespół naukowców z Life Sciences Institute i College of Letters, Sciences and Arts przetestował swoją hipotezę na myszach, którym brakowało genu GluK2 i w związku z tym nie były one w stanie wytwarzać żadnych białek GluK2. Po serii eksperymentów mających na celu sprawdzenie reakcji behawioralnych zwierząt na temperaturę i inne bodźce mechaniczne zespół odkrył, że myszy normalnie reagowały na wysokie, ciepłe i zimne temperatury, ale nie wykazywały żadnej reakcji na szkodliwe zimno.

GluK2 występuje przede wszystkim na neuronach mózgu, gdzie odbiera sygnały chemiczne ułatwiające komunikację między neuronami. Ale ulega także ekspresji w neuronach czuciowych w obwodowym układzie nerwowym (poza mózgiem i rdzeniem kręgowym).

„Teraz wiemy, że białko to pełni zupełnie inną funkcję w obwodowym układzie nerwowym, przetwarzając sygnały temperatury, a nie sygnały chemiczne, określające uczucie zimna” – powiedział. Bo Duanaprofesor nadzwyczajny biologii molekularnej, komórkowej i rozwojowej oraz współautor badania.

Chociaż GluK2 jest najbardziej znany ze swojej roli w mózgu, Shaw spekuluje, że ta rola w wyczuwaniu temperatury mogła być jednym z pierwotnych celów białka. Gen GluK2 ma swoich krewnych na całym drzewie ewolucyjnym, aż do bakterii jednokomórkowych.

„Bakterie nie mają mózgu, więc dlaczego miałyby wyewoluować sposób odbierania sygnałów chemicznych z innych neuronów? Ale desperacko musiałyby wyczuwać swoje środowisko, być może zarówno temperaturę, jak i chemikalia” – powiedział Xu, który jest także profesorem biologia. Fizjologia molekularna i integracyjna w Szkole Medycznej UM. „Myślę więc, że wyczuwanie temperatury może być starożytną funkcją, przynajmniej w przypadku niektórych receptorów glutaminianu, które ostatecznie zostały dokooptowane, gdy organizmy ewoluowały w bardziej złożonym układzie nerwowym”.

Xu uważa, że ​​nie tylko wypełni lukę w zagadce wykrywania temperatury, ale nowe odkrycie może mieć konsekwencje dla zdrowia i dobrostanu ludzi. Na przykład pacjenci chorzy na raka poddawani chemioterapii doświadczają bolesnych reakcji na zimno.

„Odkrycie GluK2 jako czujnika zimna u ssaków otwiera nowe możliwości lepszego zrozumienia, dlaczego u ludzi bolesne reakcje na zimno, i może stanowić potencjalny cel terapeutyczny w leczeniu tego bólu u pacjentów, u których poczucie zimna jest nadmiernie pobudzone” – powiedział Xu.

Badania były wspierane przez Narodowy Instytut Zdrowia. Wszystkie procedury przeprowadzone na myszach zostały zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję ds. Opieki i Wykorzystywania Zwierząt i przeprowadzono je zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi.

Autorami badania są: Wei Kai, Wenwen Zhang, Xia-Chun-Hor, Tong Pan, Mahar Fatima, Bo Duan i Xie-Chun Xu z Uniwersytetu Michigan; oraz Chen Zheng i Shenzhong Dong ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa

Pobyt: Receptor kainianowy GluK2 pośredniczy w odczuwaniu zimna u myszy (DOI: 10.1038/s41593-024-01585-8) (Dostępne po zniesieniu zakazu)

Napisane przez Emily Kaji, Instytut Nauk Przyrodniczych UM