Ионный канал PIEZO2 опосредует гиперчувствительность, возникающую при хронической боли

Команда ученых из Германии выявила новую функцию механочувствительного ионного канала PIEZO2. PIEZO2 не только участвует в механорецепции, но и контролирует активацию ноцицепторов, тем самым опосредуя гиперчувствительность, которая встречается при хронической боли.

Изображение:
Экспрессия Piezo2 на срезе поясничного дорсального корешкового ганглия мыши. 
Credit:
Lewin Lab of the Max Delbrück Center | пресс-релиз

Piezo2 — ген, кодирующий механорецептор, который необходим для нормального осязания. Широко распространено мнение, что каналы PIEZO2 образуют проводящую пору для механочувствительных токов, которые лежат в основе механочувствительности рецепторов осязания. Однако исследования показывают, что делеция Piezo2 не приводит к полной утрате механочувствительности во всех механорецепторах. Стоит отметить, однако, что механочувствительность почти всех ноцицепторов в основном сохраняется при отсутствии Piezo2. Каналы PIEZO контролируются не только механическими стимулами, но и мембранным потенциалом. В состоянии покоя большинство каналов PIEZO остаются закрытыми, однако они приобретают способность открываться при деполяризации мембраны.

Ранее группа ученых из Германии показала, что высококонсервативный остаток аргинина в каналах PIEZO1 (mR2482) в случае мутации эффективно устраняет блокировку этих каналов напряжением, значительно увеличивая доступность канала при физиологических мембранных потенциалах. Интересно, что мутации в том же консервативном остатке PIEZO2 (mPIEZO2; R2756; hPIEZO2 R2686) ассоциируются с нарушениями развития, такими как дистальный артрогрипоз, синдром Гордона и синдром Мардена-Уокера. В недавно опубликованном исследовании те же ученые выяснили, что блокировка напряжением PIEZO2 служит для поддержания высокого механического порога ноцицепторов, чтобы они обнаруживали болезненные, а не безвредные механические стимулы. Исследователи также предположили, что различные виды стимулов могут вызывать сенсибилизацию ноцицепторов путем освобождения каналов PIEZO2 от блокировки напряжением.

Для начала авторы работы хотели выяснить, контролирует ли консервативный остаток R2756 также чувствительность к напряжению каналов mPIEZO2. Для этого они создали каналы mPiezo2 с одиночными миссенс-мутациями (R2756H, R2756C и R2756K). Количественная оценка механочувствительности показала, что в клетках с мутациями R2756H, R2756C и R2756K было значительно меньшее количество быстро адаптирующихся (RA) токов, а доля промежуточно адаптирующихся (IA) и медленно адаптирующихся (SA) токов увеличивалась по сравнению с диким типом. R2756K также были более чувствительны к отклонению пили по сравнению с диким типом и другими мутациями. Затем ученые создали чувствительный к растяжению химерный канал mP1/mP2 и измерили токи через него. Мутантные каналы R2756K и R2756H продемонстрировали намного более высокую чувствительность к растяжению, чем химерные каналы дикого типа, но замена R2756C не изменила чувствительность к растяжению. Кроме того, химерные варианты R2756K и R2756H показали значительно более медленную инактивацию при растяжении мембраны по сравнению с каналами дикого типа. Таким образом, основными эффектами миссенс-мутаций mPiezo2 R2756H и R2756K были медленная инактивация и деактивация, повышенная механочувствительность и почти полное снятие блокировки напряжением, при этом мутация R2756K явно демонстрировала наибольшие эффекты на механочувствительность. В совокупности эти результаты указывают на то, что описанные мутации в PIEZO — это мутации с приобретением функции (gain-of-function).

Исследователи предположили, что введение замен R2756H и R2756K в PIEZO2 мыши должно радикально изменить механочувствительность эндогенных токов, зависящих от этого канала. Были созданы две линии мышей: мыши Piezo2R2756H и Piezo2R2756K. Интересно, что мутантные мыши весили меньше, чем особи дикого типа, у них также наблюдалась аномальная кривизна позвоночника. Ученые записывали механочувствительные токи в сенсорных нейронах в спинномозговых ганглиев (DRG), классифицированных как механорецепторы или ноцицепторы в зависимости от их размера и формы потенциала действия (AP). Точечные мутации не влияли на возбудимость нейронов, то есть потенциал покоя у них сохранялся. Записи тока при механическом воздействии выявили небольшое, но значимое уменьшение доли быстро адаптирующихся токов в механорецепторах Piezo2R2756H/R2756H и Piezo2+/R2756K по сравнению с клетками дикого типа, но значительных различий не наблюдалось в механорецепторах от Piezo2R2756K/R2756K и Piezo2+/R2756H мышей. Используя ex vivo препарат кожи подошвы лапы, ученые обнаружили, что быстро адаптирующиеся механорецепторы (RAM), ассоциированные с тельцами Мейсснера, сильнее активировались у мутантов, в то время как медленно адаптирующиеся механорецепторы (SAM), ассоциированные с клетками Меркеля, не реагировали на точечные мутации. Эти данные подтверждают гипотезу о роли других механочувствительных каналов в механорецепции.

Появляется всё больше доказательств, что PIEZO2 может также играть роль в чувствительности к боли. Кожные ноцирецепторы, которые обнаруживают интенсивные механические стимулы, не теряют механочувствительность в отсутствие PIEZO2, но их начальное возбуждение при механических стимулах уменьшается. Piezo2 экспрессируется большинством ноцирецепторов, поэтому ученые исследовали влияние миссенс-мутаций Piezo2 на физиологию ноцирецепторов. Было показано, что ноцирецепторы от мышей Piezo2R2756H/R2756H и Piezo2R2756K/R2756K проявляют значительную механическую гипервозбудимость. Анализ интактных ноцицепторов, иннервирующих кожу, показал, что C-волокна ноцирецепторов у мышей Piezo2R2756H/R2756H и Piezo2R2756K/R2756K проявляли существенно увеличенные частоты возбуждения и значительно более низкие механические пороги активации по сравнению с диким типом. Кроме того, С-волокна у мышей с нокаутом Piezo2 проявляли спонтанную активность. Поведенческие эксперименты продемонстрировали гиперчувствительность к прикосновению у мышей Piezo2R2756H/R2756H и Piezo2R2756K/R2756. Мыши с нокаутом Piezo2 демонстрировали гипервозбудимость ноцицепторов к механическим стимулам, однако не имели отклонений в координации движений или механочувствительности.

Таким образом, данное исследование показало, что PIEZO2 вовлечен в контроль активации ноцицепторов и контролируется мембранным потенциалом клетки. Мутации в PIEZO2 приводят к гиперчувствительности к боли, что делает его возможной мишенью для анальгетиков.


Для осязания необходим ионный канал ELKIN1

Источник

Oscar Sánchez-Carranza, et al., Piezo2 voltage-block regulates mechanical pain sensitivity, // Brain, 2024; awae227, DOI: 10.1093/brain/awae227

Добавить в избранное