Боль – это способ организма удержать живое существо от причинения вреда себе или повторения опасной ошибки. Но иногда изнурительные ощущения могут мешать. Поэтому эволюция разработала способы подавить эту реакцию при определенных обстоятельствах.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре определили у плодовых мушек путь, который уменьшает ощущение боли от жары. Примечательно, что только один нейрон с каждой стороны мозга животного контролирует реакцию. Более того, молекула, ответственная за подавление этого ощущения у взрослых мух, играет противоположную роль у личинок мух.
В мозгу плодовой мушки примерно в миллион раз меньше нейронов, чем в нашем. «Тем не менее, мы не ожидали, что одна пара нейронов будет играть такую важную роль в подавлении боли», сказал старший автор исследования, выдающийся ученый в сферах молекулярной, клеточной биологии и биологии развития профессор Крейг Монтелл.
«Мы называем их «Эпионе» или эпинейронами в честь греческой богини успокаивающей боли», сказал первый автор Цзянцю Лю, научный сотрудник лаборатории Монтелла.
Авторы торопятся прояснить ситуацию. «Боль – это интерпретация», сказал профессор Монтелл. «Ощутимый шлепок по спине от товарища по команде после победы может быть приятным, но не от хулигана на игровой площадке. Поскольку мы не можем спрашивать плодовых мушек об их интерпретации высоких температур, более точным термином является ноцицепция. Он относится к тому, как тело ощущает потенциально опасный раздражитель, а затем передает информацию, чтобы вызвать реакцию избегания».
Хорошо известно, что люди способны подавлять боль в некоторых ситуациях. Однако ученые мало что знают о подавлении ноцицепции у мух, которые являются рабочими лошадками для сенсорных исследований. Профессор Монтелл и его лаборатория хотели определить, есть ли у мух такая система, и если да, то найти задействованные нейроны и понять механизм.
Исследователи сосредоточились на ноцицепции в ответ на тепло. Сначала им нужен был способ измерить, как животные реагируют на высокие температуры. Они поместили мух на горячую плиту и измерили количество мух, спрыгнувших за 10 секунд. Почти все мухи прыгали между 38°C и 44°C. Далее команда решила идентифицировать нейроны, которые подавляют отвращение к высоким температурам и уменьшают реакцию на прыжок.
Авторы задались вопросом, могут ли нейроны, участвующие в подавлении термической боли, экспрессировать определенный нейропептид. Нейропептиды немного похожи на нейротрансмиттеры, за исключением того, что нейротрансмиттеры являются посредниками между соседними нейронами, в то время как нейропептиды могут оказывать более системное действие. В результате они влияют на многие модели поведения. Различные наборы нейронов склонны экспрессировать разные нейропептиды. Лю, Монтелл и их соавторы использовали сегменты ДНК, контролирующие экспрессию 35 различных генов нейропептидов, для управления экспрессией белка, активирующего нейроны.
Из 35 различных групп нейронов одна явно снижала склонность мух прыгать с горячей плиты. Эти нейроны продуцируют нейропептид AstC, родственный соединению млекопитающих, которое способствует подавлению боли у людей.
Затем исследователи экспрессировали ген, кодирующий светочувствительный канал в этой группе нейронов. Это позволило им активировать нейроны с помощью света. Как и ожидалось, стимуляция этих нейронов уменьшила склонность мух спрыгивать с горячей плиты.
Затем авторы использовали участок ДНК, контролирующий экспрессию AstC, для контроля гена зеленого флуоресцентного белка. Теперь они наконец смогли увидеть, какие нейроны активируются. Именно тогда они обнаружили, что запуск всего одного нейрона с каждой стороны мозга (эпинейроны) подавляет ноцицептивную реакцию.
Как только команда обнаружила нейроны, ответственные за подавление термической боли, им стало любопытно, являются ли эпинейроны термочувствительными сами по себе или получали сигнал от каких-то других нейронов.
Исследователи экспрессировали ген, кодирующий белок, который будет флуоресцировать, когда ионы кальция попадут в эпинейроны. Они обнаружили, что уровень кальция увеличивался по мере повышения температуры, даже когда они использовали химическое вещество для блокировки связи между нейронами. Эти результаты показали, что эпинейроны непосредственно ощущали высокую температуру.
Исследователи определили, что за обнаружение тепла отвечает специфический ионный канал в клеточной мембране эпинейронов. Этот канал под названием «Безболезненный» входит в семейство каналов TRP, играющих широкую роль в ощущениях, включая температурную чувствительность. Фактически, Painless также необходим для термической ноцицепции у личинок мух. «Поэтому Painless может играть противоположную роль в реакции на убивающее тепло», сказал профессор Монтелл. «В некоторых нейронах канал необходим животному, чтобы убежать от высоких температур, в то время как в эпинейронах он нужен для подавления ноцицепции. Это интересный и неожиданный поворот. Насколько мне известно, это первый случай, когда обнаружено, что канал TRP воспринимает вредное тепло не для того, чтобы вызвать ноцицептивную реакцию, а для ее подавления».
Суммируя, авторы обнаружили, что существует механизм подавления тепловой ноцицепции у мух и он опосредуется одной парой нейронов, называемых эпинейронами. Они также обнаружили, что эпинейроны реагируют непосредственно на тепло и что эта способность зависит от ранее известного канала TRP, который фактически может вызывать ноцицепцию у личинок мух. Команда также обнаружила, что тепло напрямую активирует эпинейроны, заставляя их высвобождать нейропептид AstC. Затем это соединение связывается с рецептором AstC-R1 в других нейронах, связанных с опиоидными рецепторами млекопитающих.
Команда планирует дополнительно исследовать пути, участвующие в этом антиноцицептивном ответе. Например, они надеются идентифицировать нейроны, которые функционируют ниже тех, которые экспрессируют AstC-R1. Их работа поднимает вопрос о том, может ли термически активируемый канал TRP подавлять ноцицепцию у млекопитающих. Если это так, профессор Монтелл подозревает, что он находится в наших конечностях, а не в мозгу, поскольку млекопитающие поддерживают постоянную внутреннюю температуру, в отличие от плодовых мушек.
