Чувства боли и дискомфорта имеют решающее значение для выживания и эволюции животных, поскольку они помогают обнаружить травмы или экзистенциальные угрозы и точно определить их местоположение в организме. Болевые сигналы вырабатываются ноцицепторами, сенсорными нейронами, которые реагируют на повреждение тела и посылают сигналы "угрозы" в спинной мозг.

Ноцицепторы (т.е. нейроны, чувствующие боль) - это, по сути, голые нервные окончания, которые можно найти во всех частях тела, включая кожу, мышцы, кости и внутренние органы. В то время как многие нейробиологические исследования исследовали их структуру и функции, механизмы, лежащие в основе их активации, остаются плохо изученными.

Исследователи из Медицинской школы Массачусетского университета и Вустерского политехнического института недавно решили лучше понять эти механизмы, проведя эксперименты на личинках плодовых мух. Их результаты, опубликованные в журнале Neuron, предполагают, что эти нейроны специфически реагируют на напряжение сдвига (т.е. напряжение, вызванное двумя силами одинаковой силы, действующими на противоположных сторонах тела и движущимися в противоположных направлениях), но не реагируют на растяжение.

"Физиологически значимые силы, участвующие в активации ноцицепторов, все еще неясны", - сказал MedicalXpress Ян Сян, старший автор статьи. "Преобладающее мнение в нашей области заключается в том, что ноцицепторы должны активироваться растяжением клеточной мембраны. Однако, исследуя ноцицепторы у дрозофилы (то есть плодовых мушек), мы неожиданно обнаружили, что растяжение не активирует ноцицепторы".

Ключевой целью недавней работы Сяна и его коллег было выявление специфических сил, которые приводят к активации этих чувствительных к боли нейронов, и выяснение лежащих в основе механизмов трансдукции. Чтобы сделать это, исследователи сначала провели поведенческие эксперименты, в ходе которых они ткнули личинку плодовой мухи с помощью калиброванной лески.

"В отсутствие стимуляции личинки имеют тенденцию двигаться вперед с частой сменой направления", - объяснил Сян. "Однако, когда мы ткнули личинку, она перестала двигаться и продемонстрировала вращение тела на 360 градусов. Это перекатывание было интерпретировано как ноцифективное поведение (т.е. поведение животного, направленное на уход от опасности). Сила реакции измерялась как процент животных, которые перекатывались в ответ на тычки."

Используя компьютерное моделирование, команда обнаружила, что нажатие на личинку плодовой мухи может вызвать два различных вида усилий: растяжение и напряжение сдвига для стимуляции ноцицепторов. В следующих экспериментах по визуализации кальция, чтобы выяснить, какие силы ответственны за активацию ноцицепторов, исследователи растягивали ноцицепторы личинок или прикладывали к ним усилие сдвига. Они обнаружили, что ноцицепторы личинок активировались при напряжении сдвига, но не при растяжении.

Они также смогли идентифицировать специфический тип ионного канала, который находится в ноцицепторах и активируется напряжением сдвига, называемым переходным рецепторным потенциалом A1 (TrpA1). Интересно, что напряжение сдвига, по-видимому, способно активировать TrpA1 в небольшом участке клеточной мембраны, лишенном клеточной среды, что свидетельствует о том, что TrpA1 является молекулярным датчиком напряжения сдвига. Они также показывают, что воздействие напряжения сдвига происходило за счет модуляции текучести мембраны.

"В нашем исследовании есть два примечательных вывода", - сказал Сян. "Во-первых, мы показали, что напряжение сдвига может быть физиологически значимой силой, которая имеет решающее значение для активации ноцицепторов. Во-вторых, мы представили доказательства того, что TrpA1 является датчиком напряжения сдвига, и это свойство сохраняется для TrpA1, полученного от дрозофилы, мышей и человека".

Известно, что большинство известных механочувствительных ионных каналов в организме животных чувствительны к растяжению. Недавняя работа этой группы исследователей показывает, что TrpA1 - это не так.

Это ключевое открытие предполагает, что в ощущении боли могут быть задействованы механические силы, отличные от растяжения. В будущем это может проложить путь для дальнейших исследований TrpA1 и других ноцицепторов, что потенциально приведет к новым и важным открытиям.

"В ходе нашего исследования мы отметили, что TrpA1 высоко экспрессируется в желудочно-кишечном тракте дрозофилы", - добавил Сян. "Здесь напряжение сдвига - это естественная механическая сила, связанная с прохождением пищи и сокращением желудочно-кишечного тракта. В настоящее время мы исследуем, как восприятие напряжения сдвига TrpA1 может способствовать росту и функционированию тканей кишечника ".