Когда вы ушибаете палец на ноге или ударяетесь головой, вы знаете, что растирание раны может уменьшить боль. Но как? Новое исследование лаборатории Скотта Б. Хансена, доктора философии, показывает, как физическое давление на клетки может уменьшить болевые сигналы, в то время как чрезмерные скопления холестерина в клеточных мембранах могут мешать этому процессу.
Исследование, проведенное в Институте биомедицинских инноваций и технологий имени Герберта Вертхайма имени У. Ф. Скриппса, опубликовано в журнале eLife .
Открытия Хансена и его коллег важны по нескольким причинам. Они впервые показывают, что липиды или жиры клеточных мембран помогают посылать электрический импульс в клетки после воздействия давления и силы. Исследование проливает свет на путь, по которому сигналы боли проходят от места травмы к мозгу, и связывает множество вовлеченных биологических игроков. Важно отметить, что исследования показывают, как избыток холестерина в клеточных мембранах может мешать контролю боли.
«Избыточный холестерин является признаком многих заболеваний и расстройств, включая диабет и болезни старения», — сказал Хансен, доцент кафедры молекулярной медицины в Институте Скриппса в Вертхайме. «Это может быть одним из объяснений того, почему мы видим больше хронической боли в этих группах».
Исследование также дополняет все больше доказательств того, что жировые молекулы, составляющие клеточные мембраны, нуждаются в структуре для выполнения своих многочисленных функций, добавил он.
«Изначально наука считала, что только белки имеют функциональные структуры», — сказал Хансен. «Похоже, что липиды можно добавить в этот список».
Клетка состоит из жировой внешней мембраны, окружающей внутреннюю часть на водной основе. Однако передовые микроскопы и другие новые технологии показывают, что клеточная мембрана — это не просто жировой мешок. Скорее, это сложная совокупность сенсоров, пор, каналов, рецепторов и сгустков холестерина, удерживаемых на месте точно расположенными молекулами жира.
«В мембране есть два типа жиров: один жидкий, как оливковое масло , а второй содержит холестерин и находится в виде крошечных, твердых комков, больше похожих на сало», — сказал Хансен. «Не было известно, что эти жиры могут играть роль в передаче сигналов боли».
Чтобы почувствовать боль, сначала необходимо почувствовать травму. Во-вторых, сообщение о травме должно преобразоваться в сигнал, который может быстро проходить через тело и интерпретироваться мозгом. Липидная структура, по-видимому, воспринимает силу и преобразует ее в сигнал. Затем сигнал может помочь активировать собственные обезболивающие реакции организма (при условии отсутствия вмешательства), уменьшая тяжесть боли.
Ученые ранее задокументировали роль фермента, воспринимающего механическую силу, под названием PLD2, на этих этапах и его способность активировать обезболивающий калиевый канал под названием TREK-1. Отсутствовало понимание того, как PLD2 и TREK-1 могут активироваться мембраной. PLD2 не обладал способностью ощущать напряжение, что является типичным способом срабатывания механосенсоров. Мембранные липиды не рассматривались, возможно, потому, что они были плохо изучены из-за технических ограничений.
«До недавнего времени изучение этих липидных сгустков, содержащих холестерин, также называемых липидными рафтами , было трудным, поскольку они слишком малы, чтобы их можно было увидеть в обычный световой микроскоп», — сказал Хансен.
Используя специальный микроскоп, Хансен и его коллеги зафиксировали на нескольких типах клеток, что давление и растяжение, или «сдвиг», вызывают изменения в молекулах жира, которые временно изменяют способность клеток активировать облегчение боли. Исследования на мышах и плодовых мушках также подтвердили полученные результаты.
По словам Хансена, исследование поднимает интересные вопросы и открывает возможности для дальнейшего изучения. Многие белки связаны с этой липидной структурой, в том числе белки, участвующие в болезни Альцгеймера и воспалении. Понимание того, влияет ли воспаление на структуру мембранного холестерина, особенно в клетках головного мозга, также может оказаться важным для понимания связи боли и воспаления.
«Людям, страдающим хронической болью, срочно необходимы новые виды неопиоидных обезболивающих средств», — сказал Хансен. «Понимание того, какие факторы определяют порог боли, является важным шагом на пути к этой цели».
