Исследователи из SMU (Южного методистского университета) определили, что ген, связанный с ощущением прикосновения, может подрабатывать как обонятельный ген. Такой вывод сделан при изучении очень маленького прозрачного червя, имеющего много общего с нервной системой человека.
«Этот ген ранее был идентифицирован как потенциальная терапевтическая мишень для лечения хронической боли. Теперь, когда мы знаем, что этот ген также участвует в обонянии, он может предоставить возможность для лечения или понимания обонятельных дефектов, таких как таинственная потеря обоняния, которая наблюдается у многих пациентов с COVID-19. -19 пациентов сообщили об этом», — сказал Адам Д. Норрис из SMU, соавтор исследования, опубликованного в журнале Nucleic Acids Research .
Норрис является доцентом Флойда Б. Джеймса на кафедре биологических наук в SMU. Он работал с аспирантами SMU Сяоюй Ляном и Каньоном Каловичем-Бенне, которые являются ведущими авторами исследования. Оба учатся, чтобы получить докторскую степень. в биологических науках.
Осязание — одно из самых важных чувств человеческого тела, но мы еще многого не понимаем, — говорит Норрис.
Ученым известно, что когда мы прикасаемся к чему-либо, наша нервная система принимает механические сигналы от сенсорных рецепторов на коже и преобразует их в электрические сигналы, поступающие в мозг. Это известно как механоощущение, и это то, что позволяет мозгу сообщать нам множество вещей об этом прикосновении, например, был ли объект, к которому мы прикоснулись, горячим или холодным или, в случае с шипами розы, острым.
Но точная механика того, «что происходит под капотом» во время этой электрической реакции на прикосновение, плохо изучена, потому что человеческая нервная система очень сложна.
Ученые часто изучают нервную систему червя Caenorhabditis elegans, потому что это гораздо более простой вид. У этого червя 302 нервные клетки в нервной системе по сравнению с миллиардами нервных клеток в человеческом мозгу, однако многие гены, создающие эти нейроны у C. elegans, имеют функциональные аналоги у людей.
Исследовательская группа SMU начала с устоявшихся знаний о том, что ген под названием mec-2 имеет решающее значение для активации сенсорных нейронов у C. elegans. Однако исследовательская группа SMU обнаружила, что активация прикосновения — не единственная его роль.
«Помимо включения и выключения генов, еще одним способом управления функцией нейрона является создание разных (но функционально схожих) версий одного гена, называемых изоформами. Мы искали разные нейроны, которые содержат разные изоформы важных генов», — сказал Норрис. . «Это привело нас к фундаментальному открытию, изложенному в этой статье, а именно к тому, что различные изоформы одного гена (mec-2) обеспечивают как механоощущение, так и обоняние».
В частности, они узнали, что изоформа mec-2, ответственная за механоощущение, требует включения активности гена mec-8, объяснил Норрис. Нейроны обладают способностью экспрессировать внутри себя несколько генов. Те, которые экспрессируют ген mec-8, вместо этого производят обонятельную изоформу mec-2.
«Mec-8 следит за тем, чтобы mec-2 производился в механосенсорной изоформе», — сказал он.
Без него гены mec-2 вместо этого производят изоформы, которые необходимы для запаха у C. elegans, как обнаружили исследователи SMU, используя передовые методы, называемые «глубоким секвенированием отдельных клеток».
«Секвенирование отдельных клеток позволяет исследователям просматривать все гены, включенные в одной клетке. Глубокое секвенирование отдельных клеток позволяет им видеть весь ген целиком, а не только небольшой фрагмент с конца гена», — объяснил Норрис. . «Вместе глубокое секвенирование отдельных клеток выявляет все гены и все изоформы этих генов, экспрессируемых в одной клетке .
«Использование нами этой технологии позволило нам определять изоформы в отдельных сенсорных нейронах с беспрецедентной чувствительностью, что напрямую привело к этим открытиям», — сказал он.
Может ли это привести к созданию терапевтического препарата для лечения потери обоняния?
Теперь, когда им известна роль mec-2 в обонянии, следующий шаг Norris Lab — выяснить, может ли человеческий ген под названием стоматин делать то же самое.
Ген mec-2 обнаружен у червей, а не у людей. Но стоматин — это ген, вырабатываемый людьми, и было доказано, что он очень похож на mec-2 в отношении тактильных ощущений у людей.
Если выяснится, что это верно и для обоняния, Норрис сказал, что, возможно, аналогичные методы, которые в настоящее время изучаются для лечения хронической боли, также могут быть использованы для решения проблемы потери обоняния у людей, перенесших COVID-19.
Терапевтические препараты работают, идентифицируя молекулярную мишень, которая играет роль в негативном биологическом эффекте. Как только эта цель идентифицирована, следующим шагом будет поиск химического ключа, который может связываться с целью и изменять ее поведение, чтобы он не создавал своего обычного негативного эффекта. Затем с помощью этого химического ключа можно создать терапевтическое лекарство. В случае с исследованием команды Норриса ученые хотят увидеть, могут ли они потенциально модифицировать mec-2 у червей — и, в конечном итоге, возможно, стоматин у людей, — чтобы они могли включать или выключать определенные чувства.
«Идея доклинических испытаний состоит в том, чтобы снизить чувствительность механосенсорных нейронов, не засоряя сами сенсорные каналы, вместо этого модулируя активность mec-2 для облегчения хронической боли», — сказал Норрис. «Поступая таким образом, возможно, mec-2 можно использовать в качестве «сенсорного термостата», чтобы повышать или понижать сенсорную активность».
Однако Норрис подчеркнул, что эта теория нуждается в дополнительных исследованиях.
«До сих пор были проведены эксперименты на C. elegans и мышах, которые согласуются друг с другом. Естественно предположить, что аналогичные результаты будут справедливы и для людей», — сказал он. — Но это нужно доказать.