За осязание у человека отвечают не менее 16 различных типов нейронов

Все многообразие воспринимаемых человеком ощущений создается благодаря различным типам нейронов спинальных ганглиев (спинномозговых нервных узлов). Большая часть данных о работе этих нейронов получена на модельных животных, однако сенсорные системы грызунов и человека существенно различаются. Секвенирование РНК единичных клеток (scRNA-seq) — эффективный метод изучения различных типов клеток, но в данном случае он ограничен техническими сложностями: нейроны трудно механически отделить друг от друга, в ганглиях содержится много клеток других типов и т.п. Секвенирование же РНК одиночных ядер нейронов не отражает полный профиль транскриптома клетки.

Чтобы обойти эти сложности, ученые из Швеции и США разработали особую стратегию для исследования экспрессии генов в нервных клетках — выделение сомы (тела) нейрона с помощью лазерной захватывающей микродиссекции и последующее секвенирование РНК сомы методом Smart-seq2. Результаты исследования опубликованы в Nature Neuroscience.

Нейроны были получены посмертно из шести нижних грудных и поясничных спинномозговых ганглиев трех доноров. Авторы секвенировали РНК из 1066 нейронов с минимальным загрязнением сателлитными глиальными клетками. Было обнаружено в среднем около 9000 уникальных генов на нейрон и выделено 16 типов нейронов, различающихся по профилю экспрессии генов. Надежность отнесения нейронов к определенному типу подтвердили три независимых способа анализа. В частности, метод пространственной транскриптомики 10x Xenium кластеризовал нейроны по молекулярным маркерам в функциональные группы, очень похожие на те, которые были получены методом секвенирования РНК единичных тел нейронов.

Ученые сравнили полученные данные с наборами данных по мышам и макакам. У чувствительных нейронов спинальных ганглиев трех видов были выявлены как общие черты, так и значительные различия. Для некоторых типов человеческих нейронов удалось найти сходные типы клеток у двух других видов, другие оказались специфичными для человека или встречались у человека и макаки, но не у мышей. Различия затронули в том числе нейроны, потенциально воспринимающие боль (ноцицепторы).

Предполагаемую функцию отдельных групп нейронов авторы определяли на основе молекулярных профилей, выделив среди них те, что должны воспринимать зуд, тепловые стимулы, болевые ощущения и механические воздействия со стороны кровеносных сосудов и внутренних органов, а также химические вещества, такие как капсаицин, который содержится в жгучем перце. Так, типы нейронов, которые экспрессируют рецептор TRPV1, должны быть чувствительными к теплу/капсаицину, экспрессирующие TRPM8 — к холоду/ментолу, экспрессирующие PIEZO2 — к давлению. (За открытие этих рецепторов была присуждена Нобелевская премия 2021 года.) Авторам также удалось идентифицировать новые молекулярные маркеры для сенсорных волокон в коже человека.

Для изучения функциональной роли тех или иных нейронов ученые использовали микронейрографию — прямую регистрацию электрической активности отдельных нервных волокон с помощью тонких электродов. Они идентифицировали подгруппы нейронов, воспринимающие механическое воздействие и холод, механическое воздействие и тепло и т.п. Существование нейронов с такой чувствительностью предсказывали паттерны экспрессии генов. Нейроны, реагирующие на боль и капсаицин, ранее были известны, но реагирующие на неболезненное прикосновение и капсаицин описаны впервые. Те же нейроны реагировали на охлаждение (но не на ментол), хотя и не экспрессировали TRPM8, что представляется загадочным. Авторы предполагают, что эти нейроны могут быть полимодальным каналом для безвредных или приятных прикосновений, холода и тепла.

«Есть распространенное мнение, что нервные клетки очень специфичны — один тип нервных клеток обнаруживает холод, другой ощущает определенную частоту вибрации, а третий реагирует на давление и так далее. Об этом часто говорят в таких терминах. Но мы видим, что все гораздо сложнее», — говорит Саад Наги, доцент Университета Линчёпинга.

Таким образом, исследование доказало тесную взаимосвязь между молекулярными профилями нейронов и их функцией. Авторы предполагают, что при увеличении числа секвенированных нейронов может быть обнаружено еще большее их разнообразие, в частности, секвенирование нейронов из разных отделов позвоночника или расширение количества доноров может выявить характерные черты, связанные с определенной частью тела, полом, этнической принадлежностью и возрастом. Это поможет глубже изучить механизмы различных патологических состояний и определить новые мишени для терапии.

Ионный канал PIEZO2 опосредует гиперчувствительность, возникающую при хронической боли