Исследователи впервые получили детальные изображения молекулярного "датчика холода" в человеческом организме. Именно он заставляет мозг воспринимать холодный воздух или вкус мяты как ощущение прохлады. Результаты помогли объяснить механизм этого эффекта на молекулярном уровне, сообщает ScienceDaily.
О результатах исследования сообщили во время 70-й ежегодной конференции Biophysical Society в Сан-Франциско. В центре работы — белковый канал TRPM8, который работает как сенсор холода в организме.
"Представьте TRPM8 как микроскопический термометр внутри вашего тела", — объяснил докторант Дюкского университета Хюк-Джун Ли. По его словам, именно этот сенсор сообщает мозгу, когда температура снижается, хотя механизм его работы долгое время оставался непонятным.
Белок TRPM8 встроен в мембраны сенсорных нейронов, которые пронизывают кожу, ротовую полость и глаза. Когда температура падает примерно до диапазона от 46 до 82 градусов по Фаренгейту (от 7,8°C до 27,8°C), канал открывается и пропускает ионы внутрь клетки, что запускает нервный сигнал в мозг.
Тот же механизм объясняет и ощущение прохлады от ментола — вещества, которое содержится в мяте. Оно активирует тот же канал, даже если температура вокруг не меняется.
Чтобы увидеть этот процесс, исследователи применили метод криоэлектронной микроскопии. Он позволяет изучать быстро замороженные белки с помощью электронного луча и получать детальные структурные изображения.
Благодаря этому ученые смогли зафиксировать различные состояния TRPM8 — от закрытого до открытого. Анализ показал, что холод и ментол активируют канал различными, но связанными механизмами внутри белка.
Холод вызывает структурные изменения в области поры — части канала, через которую проходят ионы. Зато ментол связывается с другим участком белка, что в конечном итоге также приводит к открытию канала. Нарушение в работе этого канала связывают с хронической болью, мигренью, синдромом сухого глаза и некоторыми видами рака.
Одним из примеров терапии, использующей этот механизм, является препарат Acoltremon — глазные капли, одобренные FDA для лечения синдрома сухого глаза. Как аналог ментола, он активирует "охлаждающий" путь и стимулирует выработку слез.
Во время исследования ученые также обнаружили так называемое "холодное пятно" — участок белка, который играет ключевую роль в распознавании температуры. Она помогает каналу оставаться активным даже во время длительного воздействия холода.
"Раньше было непонятно, как холод активирует этот канал на структурном уровне. Теперь мы видим, что холод вызывает определенные структурные изменения в области пор. Это дает нам основу для разработки новых методов лечения, направленных именно на этот путь", — подытожил Ли.
Ранее исследование ученых из Гвельфского университета выявило уникальную способность королев шмелей выживать под водой до семи дней во время зимней спячки (диапаузы). Благодаря замедлению метаболизма на 99% и сочетанию анаэробного дыхания с использованием "физических жабр", насекомые успешно пережидают затопления своих подземных нор.