Для осязания необходим ионный канал ELKIN1

Чувствительность кожи к прикосновениям обеспечивается механорецепторами с низким порогом активации, тела которых находятся в ганглии дорсального корешка (DRG). Большинство сенсорных нейронов DRG экспрессируют механочувствительный канал PIEZO2, и в его отсутствие половина таких нейронов больше не отвечает на механический стимул. В ганглиях дорсального корешка есть и ноцицепоры, реагирующие на боль, причем, хотя многие из них не экспрессируют Piezo2, механосенсорные функции они сохраняют. Авторы опубликованной в Science работы показали, что, помимо PIEZO2, важнейшую роль в механорецепции играет ионный канал, известный как ELKIN1, и в его отсутствие у мышей утрачивается способность воспринимать прикосновения.

Авторы обсуждаемой работы ранее показали, что ELKIN1 необходим и достаточен для обеспечения механочувствительности у клеток меланомы высокой степени злокачественности. Чтобы стимулировать механочувствительность клеток, их культивировали в планшетах с покрытием из поли-L-лизина и ламинина («механогенным» покрытием).

В качестве модельных клеток ученые использовали HEK293, нокаутные по PIEZO1. Повышенная экспрессия Elkin1 — мышиного гомолога изучаемого белка — восстановила в большинстве трансфицированных клеток механически активируемые электрические токи.

Кроме того, клетки HEK293, нокаутные по PIEZO1, восстанавливали механочувствительность при экспрессии мутантной формы Elkin1, лишенной N-концевого домена GOLD (Elk1Δ170). Тот факт, что GOLD-домен не нужен для механорецептивной функции Elkin1, подтверждается также тем, что и белок дикого типа, и белок с делецией демонстрировали одинаковую линейную зависимость силы тока от напряжения. В то же время клетки, экспрессирующие Elkin1, демонстрируют «утечку» тока при очень низком (меньше -100 мВ) или очень высоком (больше +60 мВ) электрическом потенциале. Авторы работы отмечают, что Elkin1 существенно отличается от Piezo1 и Piezo2 в фармакологическом плане: Elkin1 ингибируется неспецифическим блокатором ионных каналов Gd³⁺, но почти не реагирует на рутениевый красный, который полностью блокирует механочувствительные каналы, в том числе Piezo1 и Piezo2.

Так как по ряду свойств Elkin1 все же похож на Piezo2, ученые предположили, что этот канал тоже участвует в восприятии прикосновений у млекопитающих. Для проверки этого они провели опыты на мышах, нокаутных по Elkin1. Гомозиготные нокаутные животные (Elkin1^-/-) оказались жизнеспособными. В нейронах ганглия заднего корешка, где экспрессия Elkin1 у мышей дикого типа особенно высока, в отсутствие Elkin1 соотношение различных популяций нейронов не изменялось. Как показали ультраструктурные исследования, у нокаутных мышей миелинизированные и немиелинизированные нервные волокна не имели каких-либо отклонений. Тем не менее, поведенческий ответ на механические раздражители у животных изменился: нокаутные мыши практически не реагировали на прикосновение ватного тампона. Для отдергивания лапы им требовалось существенно большее воздействие по сравнению с животными дикого типа. В то же время реакция отдергивания лапы при тепловом воздействии не изменилась.

Дальнейшие исследование показало, что у нокаутных мышей только половина крупных нейронов генерировала механоактивируемые токи, причем значительное снижение токов наблюдалось даже в отсутствие только одной копии Elkin1. В целом, фенотип сенсорных нейронов с нокаутом Elkin1 соответствовал таковому у сенсорных нейронов с нокаутом или нокдауном Piezo2.

Также ученые выяснили, что нокаут Elkin1 никак не сказывается на экспрессии Piezo2. В то же время оба рецептора оказались функционально связаны друг с другом: в нейронах, нокаутных по Elkin1, все же возможно возникновение механоактивируемых токов благодаря Piezo2. Впрочем, никаких доказательств того, что Elkin1 напрямую влияет на функционирование Piezo2, найдено не было, однако Elkin1 взаимодействует с белком Stolm3, который регулирует Piezo2.

Наконец, исследователи показали, что Elkin1 необходим для функционирования мышиных механорецепторов. Они установили, что примерно половина механорецепторов с низким порогом активации при нокауте Elkin1 не реагирует на механические стимулы. Более того, наблюдение за отдельными ноцицепторами подкожного нерва, активирующихся при механических стимулах, показало, что экспрессия Elkin1 в них необходима для передачи болевых ощущений. Авторы работы высказали предположение, что Elkin1 может стать мишенью для разработки препаратов от хронических болей.