Как мы чувствуем нежные прикосновения

С помощью осязательных рецепторов мы можем чувствовать самый широкий спектр прикосновений — грубо говоря, не только удар кулака, но и лёгкое дуновение весеннего ветра. Между тем именно то, как мы ощущаем «лёгкое дуновение», долгое время ставило исследователей в тупик, поскольку механизм восприятия столь слабых раздражителей оставался неизвестным. Некоторые осязательные нейроны заканчиваются особыми кожными клетками, называемыми клетками Меркеля, и считалось, что как раз эти самые клетки Меркеля отвечают за слабые касания, но гипотезы на этот счёт так и оставались гипотезами.

Прогресс в понимании работы механорецепторов появился четыре года назад, когда группа Ардема Патапутяна (Ardem Patapoutian) из Института Скриппса (США) обнаружила в нейронах, соединяющихся с клетками Меркеля, белок Piezo2, который работал ионным каналом в клеточной мембране и реагировал на механический стимул. Тогда учёные пришли к выводу, что, когда мембрана клетки растягивается — например, в ответ на прикосновение, — Piezo2 открывает канал для ионов натрия, и ионный поток рождает электрохимический импульс.

Исследователи пошли дальше и вместе с коллегами из Колумбийского университета и Висконсинского медицинского колледжа (оба — США) создали мышей, у которых активность Piezo2 вызывала свечение флюоресцентного белка. Так удалось выяснить, что довольно много Piezo2 содержится ещё и в кожных клетках Меркеля. То, что его до сих пор в коже не видели, учёные объясняют тем, что Piezo2 нигде, кроме меркелевских клеток, нет, а самих этих клеток в коже довольно мало.

После этого ген Piezo2 у мышей попытались отключить, но только в кожных клетках, то есть в нейронах этот белок появлялся и работал. Клетки Меркеля у таких животных выглядели нормальными, и сами мыши успешно проходили большую часть тестов, с механосенсорной и болевой рецепцией у животных было всё в порядке. Кроме одного: когда мышей касались тонким, гибким волокном, они не чувствовали прикосновения — в отличие от нормальных особей, у которых в клетках Меркеля был Piezo2.

Эксперименты с отдельно взятыми клетками показали, что белок Piezo2 действительно нужен клеткам Меркеля, чтобы реагировать на слабое механическое раздражение. Более того, удалось показать, что нервные волокна, которые отвечают на слабые прикосновения, почти не действуют при отсутствии белка Piezo2 в клетках Меркеля. То есть эти кожные клетки и белок Piezo2 нужны осязательным нейронам для того, чтобы ощущать слабые раздражители; можно сказать, что клетки Меркеля — это такое приспособление, которое повышает чувствительность сенсорных осязательных датчиков.

http://youtu.be/tU1jeOpjsTE

Ещё раз заметим, что до сих пор исследователи почти не представляли себе механизм, который позволяет чувству осязания различать слабое и сильное прикосновение. Конечно, были известны и «слабые» нервные волокна, и клетки Меркеля, но в более или менее связную картину всё это удалось сложить только сейчас. Актуальности работы придаёт ещё и то, что сами клетки Меркеля — вещь крайне непостоянная: их число начинает падать уже в двадцать с чем-то лет; кроме того, их делается меньше при некоторых болезнях — вроде диабета. Всё это сопровождается ослаблением чувствительности, и, возможно, чем больше мы будем знать о них, тем успешнее у нас получится сохранять чувство осязания в полной мере.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature (1 и 2).

Подготовлено по материалам Колумбийского университета. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.