Химия осязания

Предполагаемый механизм активации тактильных ощущений. Фермент фосфолипаза D (PLD), привязанный к липидному островку, не может взаимодействовать со своим субстратом, но механическое разрушение островка делает это возможным; продукт реакции инициирует сигнал о прикосновении. PC — фосфатидилхолин, обычный компонент мембраны, он же субстрат, который фермент превращает в сигнальное вещество; PIP2 фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат) — активатор фермента — тоже попадает к нему, лишь когда островок распадается

Биологи и химики из Исследовательского института Элен Скриппс обнаружили новый механизм, который, возможно, лежит в основе осязания («Nature Communications», 2016, 7, 13873, doi: 10.1038/ncomms13873). Предполагается, что особые богатые холестерином островки жирных кислот в клеточной мембране служат временными камерами предварительного заключения для ферментов, не давая им взаимодействовать с партнерами. Давление разрушает эти островки, и ферменты проводят реакцию с веществом-субстратом, создавая сигнал, который нервная система воспринимает как тактильное ощущение.

Исследователи из Института Скриппс занялись изучением клеточного механизма, лежащего в основе осязания, надеясь, что результаты их работы помогут решить проблемы, связанные с хроническими болями и другими патологиями, развивающимися при аномалиях этого чувства. Руководитель исследования Скотт Хансен отмечает, что предложенное ими объяснение восприятия тактильных ощущений коренным образом отличается от общепринятых.

Хансен сравнивает липидные островки, не пускающие ферменты к их субстратам, с отсеками химического фонаря. Пока между различными резервуарами такого химического источника света существует барьер, реагенты не смешиваются и фонарь не светит, но стоит разрушить перегородку, и свечение начинается. Нечто подобное происходит и в мембране клетки, которая испытывает давление. Мембрана — это «двумерная жидкость»: молекулы в ее составе свободно перемещаются друг относительно друга, однако богатые холестерином островки, в которые заключен фермент фосфолипаза D, сравнительно стабильны. Но когда механическое воздействие разрушает островок, фермент взаимодействует с субстратом и образует сигнальный липид — фосфатидную кислоту. Она и запускает цепочку химических процессов, в итоге интерпретируемых нервной системой как информация о прикосновении.

Авторы работы сконцентрировали внимание на поведении этих липидных агрегатов в клеточной мембране. Ранее уже было установлено, что именно они отвечают за осязание, но первые предположения о молекулярном механизме этого ощущения появились только теперь. Исследователям удалось наблюдать превращения липидных островков в реальном времени. Первоначальные наблюдения показали, что они действительно очень часто разрушаются и собираются вновь, при этом у ферментов появляется возможность взаимодействовать с субстратами. На следующем этапе работы оказалось, что причиной этому вполне может быть механическое воздействие на клетку.

Хансен с соавторами полагают, что сделали только первый шаг. Чтобы больше узнать о том, как мы ощущаем прикосновения, в первую очередь нужно выяснить, какие еще белки клеточной мембраны участвуют в формировании и передаче сигнала.