Зимнее солнце кажется желанным, но не летний солнечный ожог. Исследования за последние 20 лет показали, что белки на поверхности нервных клеток позволяют организму ощущать несколько различных температур. Теперь ученые обнаружили, как всего несколько из этих белков, называемых ионными каналами, различают, возможно, десятки различных температур, от умеренно теплой до очень высокой.

Исследователи показали, что строительные блоки, или субъединицы, термочувствительных ионных каналов могут собираться во множество различных комбинаций, образуя новые типы каналов, каждый из которых способен определять разную температуру. Открытие в клеточных культурах впервые демонстрирует, что всего четыре гена, каждый из которых кодирует один тип субъединицы, могут генерировать десятки различных термочувствительных каналов.

"Исследователи в прошлом предполагали, что, поскольку существует всего четыре гена, существует только четыре термочувствительных канала, но теперь мы показали, что их гораздо больше", - сказал Цзе Чжэн, руководитель исследования и адъюнкт-профессор физиологии и мембранной биологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Дэвисе.

Исследование публикуется в Журнале биологической химии 2 марта.

Ионные каналы представляют собой поры в клеточных мембранах. Их способность открываться и закрываться контролирует поток заряженных ионов, что включает или выключает передачу сигналов нейронами - в данном случае для информирования организма о температуре, которую ощущает нейрон.

Исследователи обнаружили, что при объединении различных субъединиц результирующий гибридный, или гетеромерный, канал может определять температуру примерно посередине между тем, что обнаруживают "родительские" каналы.

Один из изученных каналов, называемый TRPV1, реагирует на высокие температуры - около 100 градусов по Фаренгейту. Он также отвечает за способность воспринимать острую пищу, такую как перец чили. Второй канал, TRPV3, реагирует на температуру около 85 градусов. Он также улавливает многие пищевые ароматы, такие как розмарин, орегано, ваниль и корица, которые вызывают ощущение тепла.

Когда субъединицы TRPV1 и TRPV3 рекомбинируют, гетеромерный канал настроен примерно на 92 градуса. Удивительно, но исследование показало, что гибридный канал обладает еще более высокой химической чувствительностью, чем каналы, из которых он состоит.

Чжэн и его коллеги также показали, что каналы, состоящие из субъединиц TRPV1 и TRPV3, реагируют на тепло со скоростью, примерно средней между скоростью двух составляющих субъединиц каналов. Но многократное воздействие на гибридные каналы целевой температуры усилило их реакцию, поведение, называемое сенсибилизацией, которое также демонстрирует TRPV3.

"Здесь написано:"Я помню эту температуру. Я издам действительно громкий звук, чтобы сообщить системе, что она приближается", - сказал Чжэн. Этот процесс позволяет организму быть более чувствительным к температуре.

Напротив, TRPV1 обычно реагирует одинаково при многократном воздействии заданной температуры - а иногда даже снижает свою реакцию, этот процесс называется десенсибилизацией. Это помогает организму адаптироваться к высокой температуре, объяснил Чжэн.

Исследование основано на работе, опубликованной командой в 2007 году, демонстрирующей, что термочувствительные субъединицы могут объединяться, образуя гетеромерные каналы. Однако в то время ученые не знали, как эти каналы реагируют на тепло. Новая работа показывает, что каналы действительно чувствительны к различным температурам.

"Знание того, что существует множество различных теплочувствительных ионных каналов, теперь открывает путь к пониманию того, как нейроны кодируют точную информацию о температуре, важный процесс, который позволяет нам наслаждаться богатым спектром температур в жизни - запоминающимся теплым рукопожатием, успокаивающим душем и чашкой горячего латте - и, пожалуйста, добавлять аромат ванили", - сказал Чжэн. "Это также может дать представление о причинах и потенциальных методах лечения нарушений температурной чувствительности, таких как синдром Рейно".

Синдром Рейно - это состояние, при котором некоторые участки тела, такие как пальцы рук, ног, кончик носа и уши, ощущают онемение и прохладу в ответ на низкие температуры или стресс. Причина неизвестна.

Ученые внедрили гены субъединиц каналов TRPV1 и TRPV3 в культивируемые клетки почек человека. Они пометили гены флуоресцентными маркерами, чтобы подтвердить, когда полученные белки объединились в новый комплекс каналов.

После формирования функциональных каналов исследователи использовали стеклянную пипетку с очень тонким наконечником для регистрации реакции ионных каналов на изменения температуры.

Чтобы быстро повысить температуру, они создали устройство, которое позволило им направлять инфракрасный лазерный луч в клетку. Метод позволил им нагревать канал более чем в тысячу раз быстрее, чем коммерчески доступные нагревательные устройства.