Ученые нашли способ регулировать боль с помощью генов

Боль поражает по меньшей мере 1,5 миллиарда человек во всем мире, и, несмотря на наличие различных обезболивающих препаратов, не все формы боли поддаются лечению. Кроме того, обезболивающие могут иметь побочные эффекты, такие как зависимость и толерантность, особенно в случае морфина и других опиоидов.

В поисках новых обезболивающих исследователи из Лаборатории специальной боли и сигналов (LEDS) Института Бутантана в Сан-Паулу, Бразилия, изучили TRPV1, рецептор сенсорных нейронов, который улавливает вредные стимулы, включая тепло и ощущение жжения, передаваемые перцем чили, и обнаружили мутацию нечувствительности к боли в гене, кодирующем этот белок. 

Ученые  проанализировали ряд мутаций у людей, а также воспользовались существующими знаниями о птицах, которые, в отличие от млекопитающих, имеют рецептор TRPV1, который естественным образом устойчив к ядовитым воздействиям и даже острой пище, но все же может чувствовать боль.

У людей существует более 1000 мутаций TRPV1, и нет ничего нового в попытках выключить рецептор для облегчения боли, но до сих пор эти попытки не увенчались успехом. Во-первых, многие лекарства, полученные в результате этого процесса, мешают регуляции температуры тела. Во-вторых, TRPV1 является важным каналом передачи сигналов о тепле, и полное изменение его активности устраняет физиологическую боль, препятствуя ощущению жгучего тепла, выполняющего защитную функцию,

говорит Ванесса Олзон Замбелли, исследователь из LEDS and Health. соавтор статьи. 

Исследователи начали с изучения базы данных генома, чтобы сравнить генетические последовательности птичьего и человеческого TRPV1. Используя вычислительный подход, они определили пять мутаций птиц, которые, по их мнению, связаны с устойчивостью к боли.

Криогенная электронная микроскопия (которая не требует больших размеров образцов или кристаллизации и поэтому подходит для визуализации структур с разрешением, близким к атомному) показала, что пять птичьих мутаций были локализованы в K710, аминокислотном остатке, который, как считается, контролирует ворота (открытие и закрытие) канала TRPV1.

Мутации могут присутствовать и у людей, но они очень редки, поэтому исследователи решили выяснить, что будет, если их «пересадить» млекопитающим. Когда они проверили эти варианты в генетически модифицированных клетках, они обнаружили, что функция канала действительно была изменена. Затем они использовали метод редактирования гена CRISPR/Cas9 для создания мышей с мутацией K710N, которая, как они ранее обнаружили, снижает реакцию рецептора на капсаицин в клетках. Капсаицин является активным компонентом перца.

Исследователи не наблюдали ноцицептивного поведения (предполагающего избегание боли) у мышей с мутацией K710N, которым инъецировали капсаицин и давали перечный куриный корм, в отличие от поведения нормальных мышей, которые поднимали лапы, чтобы избежать прикосновения к капсаицину, предположительно потому, что даже контакт с кожей вызывал боль.

Мыши с мутацией K710N также проявляли меньшую гиперчувствительность к повреждению нервов, в то время как их реакция на вредное тепло оставалась неизменной. Кроме того, блокирование области K710 у нормальных мышей ограничивало острые поведенческие реакции на вредные раздражители и возвращало гиперчувствительность к боли, вызванную повреждением нерва, до исходного уровня.

Помимо модуляции боли, TRPV1 также играет важную роль в защите от других раздражителей. Например, последние данные свидетельствуют о том, что он служит в ненейрональных клетках в качестве внутриклеточного молекулярного сенсора, который защищает от вызванного глюкозой клеточного стресса или ишемии тканей. Дополнительные тесты, проведенные в рамках этого исследования с участием кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы), пораженных перекисью водорода, высоким уровнем глюкозы и моделью церебральной ишемии, подтвердили защитный эффект даже при мутации.

Вторая часть исследования заключалась в попытке фармакологически уменьшить функцию рецептора. С этой целью исследователи разработали пептид V1-cal, который избирательно действовал на область K710. Мыши, получавшие V1-cal и получавшие капсаицин, демонстрировали менее ноцицептивное поведение и уменьшенное высвобождение нейропептидов, что приводило к нейрогенному воспалению и отеку без изменения температуры. Наконец, хроническая боль также значительно уменьшилась.

Теперь мы хотим повысить ценность этого исследования, проверив результаты в лучших лабораторных условиях [требуемых регулирующими органами], идентифицировать другие небольшие молекулы, помимо пептида, которые легче синтезировать, провести доклинические испытания и, если они будут успешными,

сказал Замбелли.