A hőérzékelés képessége alapvető szerepet játszik abban, hogy testünk megvédje magát a sérülésektől és égési sebek kialakulásától. Azonban az, hogy pontosan miként érzékeli a szervezetünk a hőmérsékletet, hosszú ideig rejtély maradt a tudomány számára. A Northwestern Egyetem kutatói most áttörő eredményt értek el: részletes képet kaptak az egyik legfontosabb hőérzékelő fehérjéről, a TRPM3-ról, és arról, hogyan aktiválódik ez a szenzor a hőmérséklet emelkedésekor.
Mi az a TRPM3 és hogyan működik?
A TRPM3 egy olyan fehérje, amely a sejthártyában helyezkedik el, és egy apró kapuként funkcionál. Amikor ez a szenzor hőt érzékel, megnyitja kapuit, lehetővé téve az ionok – elektromosan töltött részecskék – beáramlását a sejtbe. Ez az ionáramlás idegi jeleket indít el, amelyeket az agyunk hőként vagy fájdalomként értelmez.
Kutatók meglepetésére azonban kiderült, hogy a hőérzékelés nem kívülről, hanem belülről történik: nem a membránba ágyazott rész érzékeli a meleget, hanem maga a TRPM3 fehérje sejten belüli szakasza aktiválódik.
Új megértés a hőérzékelésről
A Nature Structural & Molecular Biology folyóiratban publikált felfedezés új utat nyitott meg abban, hogy miként érzékelik a sejtek a hőmérsékletet. Ez segít megmagyarázni azt is, hogyan tudja az idegrendszer megkülönböztetni az ártalmatlan meleget a veszélyes forróságtól.
Mivel a TRPM3 nemcsak a hőérzékelésben játszik szerepet, hanem részt vesz fájdalom, gyulladás és epilepszia kialakulásában is, ez az eredmény új típusú, nem addiktív fájdalomcsillapító kezelések kifejlesztését is elősegítheti.
A kutatás vezetői és jelentősége
Juan Du és Wei Lü, a Northwestern Egyetem molekuláris biosciences professzorai vezették ezt az innovatív kutatást. Mindketten tagjai az egyetem Weinberg College of Arts and Sciences karának, valamint a Feinberg Orvostudományi Iskola farmakológiai tanszékének és a Chemistry of Life Processes Institute-nak.
Juan Du így fogalmazott: „A hőmérséklet folyamatosan jelen van környezetünkben, befolyásolja érzékelésünket, gyógyulási folyamatainkat és betegségeink lefolyását. Ha molekuláris szinten megértjük, hogyan érzékeljük a hőt, hatékonyabb kezeléseket fejleszthetünk ki fájdalomra és gyulladásra.”
Hogyan vizsgálták meg az „láthatatlan” hőt?
A hő közvetlen megfigyelése rendkívül nehéz feladat, mivel nincs fizikai alakja vagy kötődési helye. A kutatók ezért speciális módszereket alkalmaztak:
- Cryo-elektronmikroszkópia (cryo-EM): Ez egy olyan technika, amely több ezer képet készít lefagyasztott fehérjékről közel atomi részletességgel. Ennek segítségével háromdimenziós képeket alkottak a TRPM3-ról.
- Elektrofiziológia: Ezzel az eljárással mérik az elektromos áramokat, amelyek áthaladnak a fehérjén élő sejtekben, így figyelemmel kísérték a TRPM3 működését valós időben.
A kutatók egy olyan vegyületet használtak, amely utánozza a meleget – ezzel rögzítették a TRPM3 „aktív” állapotát. Egy epilepszia elleni gyógyszerrel pedig az „inaktív” állapotot is sikerült megragadniuk. Az összehasonlításból kiderült, mely fehérjerészek mozognak aktiváció közben.
Továbbá alacsony és magas hőmérsékleten is vizsgálták a TRPM3 szerkezetét: mindkét esetben hasonló belső átrendeződéseket tapasztaltak.
A molekuláris kapcsoló – hogyan váltja ki a hőt a TRPM3?
A képalkotás és elektromos mérések alapján kiderült, hogy a TRPM3 négy részből álló molekuláris kapcsolóként működik. Amíg ezeknek az alkotóelemeknek belső részei szorosan összetartanak, addig a szenzor inaktív marad.
Amikor azonban meleg vagy kémiai aktivátor hat rájuk, ezek az összeköttetések megszakadnak, és így aktiválódik maga a fehérje.
„Mindkét – hő és kémiai aktivátor – ugyanazt az belső kapcsolót mozdítja el az aktiváláshoz,” magyarázta Juan Du. „Ezzel szemben az epilepszia elleni gyógyszer ezt a kapcsolót blokkolja, megakadályozva annak alakváltozását.”
Jövőbeli alkalmazások: fájdalomcsillapítás és neurológiai betegségek kezelése
Mivel a TRPM3 mind az agyban, mind pedig bőrünk érző idegsejtjeiben megtalálható, aktivitásának szabályozása ígéretes lehetőség krónikus fájdalmak vagy neurológiai rendellenességek kezelésére.
Wei Lü
Köszönetnyilvánítások és támogatások
A kutatás támogatói között szerepelnek többek között az Amerikai Nemzeti Egészségügyi Intézetek (NIH), McKnight Scholar Award, Klingenstein-Simon Scholar Award, Sloan Research Fellowship és Pew Scholar in the Biomedical Sciences díjak.