Трансдукция температурного сигнала. TRP ионные каналы. 1

Трансдукция температурного сигнала. TRP ионные каналы. 1

Позвоночные воспринимают внешний температурный стимул через сенсорные нейроны тригеминального и заднекорешковых ганглиев. Skin Spinal cord and dorsal root ganglion Dorsal horn Low-threshold mechanoreceptor Temperature and pain receptors Afferent (sensory ) Proprioceptors Merkel cells Free nerve endings Meissner’s corpuscle Hair-root plexus Hair follicle Ruffin’s endinds Pacinial corpuscle Epidermis Dermis Efferent (motor) Ventral horn Afferent fibres Skeletal muscle Efferent fibres 2

Терморецепторы – немиелинизированные, неинкапсулированные свободные терминали аксона, содержащие многочисленные митохондрии. Базальные эпидермальные клетки Рецептивные окончания с митохондриями Аксон Капилляры Фиброциты Швановские клетки Коллагеновые волокна 10 m Hensel, 1973 Миелин (миелиновая оболочка) 3

Повышение температуры 1 Диффузия усиливается с повышением температуры, приводит к деполяризации мембраны и повышению возбудимости Диффузия 2 Na+ K+ Внутренняя поверхность мембраны 2 К+/Na+ насос (АТФзависимый) активируется с повышением температуры, приводит к гиперполяризации мембраны и снижению возбудимости K+/Na+ насос Понижение температуры 1 Диффузия уменьшается с понижением температуры, приводит к гиперполяризации и снижению возбудимости мембраны Диффузия 2 Na+ K+ Внутренняя поверхность мембраны 2 К+/Na+ насос (АТФзависимый) угнетается с понижением температуры, приводит к деполяризации и повышению возбудимости мембраны K+/Na+ насос 3 Na+ 2 K+ 3 Са++-зависимые токи обеспечивают осцилляции мембранного потенциала. Частота осцилляций увеличивается с повышением температуры Ca++ 3 Са++-зависимые токи обеспечивают осцилляции мембранного потенциала. Частота осцилляций уменьшается с понижением температуры Ca++ 4

Ионные каналы встроены в мембрану Внешняя среда Наружная поверхность мембраны Наружная поверхность скола Внутренняя поверхность мембраны Мембрана быстро заморожена до температуры жидкого азота и вскрыта сколом. Плоскость скола проходит через середину липидного бислоя. Показано, как белки погружены в мембрану, а также положение углеводных цепей, проецирующихся с наружной поверхности (“string of sausages”). 5

Ионные каналы участвуют во многих процессах, требующих быстрых изменений в клетке. Возбуждение нервных клеток Сокращение сердечной, скелетной и гладкой мускулатуры Эпителиальный транспорт Активация иммунных Т-клеток Выделение инсулина β-клетками поджелудочной железы и т. д. TRP (Transient Receptor Potential) каналы, как и другие ионные каналы, служат для осуществления реакции клетки на различные внешние стимулы путем усиления или ослабления проницаемости для определенных ионов, в результате чего изменяется разность потенциалов между внешней и внутренней сторонами мембраны. 6

TRP каналы подразделяются на несколько классов: TRPС (canonical) TRPP (polycystin) TRPV (vanilloid) TRPML (mucolipin) TRPM (melastatin) TRPA (ankyrin transmembrane protein) TRP каналы различны по типу ионов, для которых проницаемы: Селективные для Са 2+ Селективные для К+ Неселективные катионные Селективные для Na+ 8

TRP каналы различны по способу их активации • Напряжение • Концентрация внутриклеточного Са 2+, • Температура, • р. Н, • Осмолярность, • Механический стимул, • Некоторые TRP каналы открыты постоянно. 9

Первичный молекулярный сенсор Вторичный сенсор Транспорт ионов Fig. 1 Сенсорные TRP каналы подразделяются на три класса. Diagram portraying 3 different molecular roles of TRP channels in the digestive system: (1) TRP 1. channels as molecular sensors (detectors or primary transducers) of chemical and physical stimuli, Каналы, являющиеся рецепторами, которые могут активироваться сенсорным стимулом, (2) TRP channels as secondary transducers (downstream transducers or effectors) of cell activation 2+ 2. induced by G protein-coupled receptors or ion channel receptors, and (3) TRP channels as Ca or Каналы, которые активируются сенсорными стимулами не прямо, а через GMg 2+ transport channels. белки. 3. Каналы, которые открыты постоянно и служат для транспорта ионов.

Сигнальная система G-белка в мембране клетки Скорость движения G-белка в мембране 0. 1 - 0. 001 мкм/сек. L или Т˚ А Г Фаза покоя R Е G-белок ГДФ Б α-субъединица активируется, присоединяет ГТФ Д Активация рецептора Е активация эффектора (канала, синтеза вторичного посредника) ГДФ Е ГТФ G-белок сталкивается с рецептором В Е ГДФ α-субъединица теряет ГДФ Е Е дефосфорилирование, отсоединение от эффектора Е ГДФ Р 11

Термочувствительные TRP ионные каналы – молекулярная основа терморецепции. 12

Термочувствительные TRP ионные каналы 0 10 Температура, °C 20 30 40 50 Out TRPA 1 TRPM 8 TRPV 4 TRPV 3 TRPV 1 TRPV 2 C N Диапазон температур Распределение в тканях C N N C N C C N Ankyrin domain <17 º 8 -28 >27 >31 -39 >43 º >52 º Сенсорные нейроны Эпителий простаты Раковые образования Сенсорные нейроны Гипоталамус Кератиноциты Сенсорные нейроны. Мочевой пузырь Мозг Селезенка Кишечник Шесть идентифицированных термочувствительных TRР каналов характеризуются необычно высокой температурной чувствительностью (Q 10>10 -20). Все вместе эти каналы охватывают широкий диапазон температур, воспринимаемый большинством млекопитающих. 13

Жгучий перец - TRPV 1 Чеснок, горчичное масло - TRPA 1 Камфора - TRPV 3 Имбирь, корица – TRPA 1 Мята, ментол – TRPM 8

Термочувствительный TRP- канал, образует пору между 5 и 6 доменом Пора (ширина в узкой части 1 -2 атома) Внеклеточная среда Мембрана 1 2 3 4 5 6 Н 5 N анкирины PIP 2 связывающий домен Внутриклеточная среда С Температура модулирует работу многих ионных каналов. Термочувствительные TRP ионные каналы могут активироваться непосредственно температурой через конформационные изменения молекулы с высоким Q 10. Открытие и закрытие каналов могут происходить с разным Q 10. 15

Образование ионного канала 16

Встраивание ионных каналов в мембрану клетки

жгучий перец горчичное масло хрен корица эвкалипт мята Анандомин камфора чеснок TRPA 1 TRPM 8 TRPV 4 TRPV 3 TRPV 1 TRPV 2 Природные агонисты термочувствительных TRP ионных каналов 18

TRPM 8 Холодовой рецептор C N 8 -28 º • Имеет температурный порог активации 28°С с увеличивающимся током вплоть до 8°С. • Преимущественно Са 2+ канал. • Биофизические свойства клеток, экспрессирующих TRPM 8, сходны с таковыми у холодо-чувствительных сенсорных нейронов. • У мышей с дефицитом TRPM 8 изменена чувствительность к холоду. 19

TRPM 8 C N • TRPM 8 активируется ментолом, эвкалиптом, ицилином. 8 -28 º • TRPM 8 угнетается капсазепином, снижением р. Н Мята Терпеновый спирт 20

Ментол Структура TRPM 8 PIP 2 холод Ментол 21

TRPM 8 C N 8 -28 º • TRPM 8 экспрессируется на нейронах заднекорешковых ганглиев у 15% сенсорных нейронов малого диаметра, что сходно с % ментол- и холодчувствительных нейронов. • Клетки, экспрессирующие TRPM 8, не экспрессируют TRPV 1. • TRPM 8 не экспрессируется на пептидсодержащих афферентах, относящихся к ноцицепторам. Dhaka et al. , 2008; Kobayashi et al. , 2009 22

TRPM 8 C N j Cold (decrease from 32 to 18°С Control F/Fo 0. 6 0. 4 jj [Ca 2+]e-free 0. 0 8 -28 º 0. 6 0. 4 0. 2 (-)Menthol, 10μM 0. 2 Control [Ca 2+]e-free 0. 0 0 30 60 Time(s) 0 30 60 Time(s) Холод и ментол имеют сходный механизм действия, через активацию Са(2+) канала TRPM 8, изменяя внутриклеточную концентрацию Ca 2+ в сенсорном нейроне. Mc. Kemy et al. , 2002 23

Single channel recordings of TRPM 8 channels

TRPM 8 Активация TRPM 8 требует присутствия PIP 2 C N 8 -28 º PIP 2 – phosphatidylinositol-4, 5 biphosphate Liu, Qin, 2005 25

TRPM 8 Десенситизация TRPM 8 канала C N 8 -28 º Термо. TRP - канал, образует пору между 5 и 6 доменом PIP 2 G-белок PIP 2 Активация рецептора ведет через G-белок связывающую систему к активации Са(2+)-зависимой фосфолипазы С (или протеинкиназы С), которая расщепляет PIP 2 (фосфотидил-инозитол-бифосфат). Liu, Qin, 2005 26

TRPA 1 Холодочувствительный ионный канал C N <17 º • TRPА 1 активируется холодом при более низкой температуре <17°С. Возможно, является сенсором холодового повреждения. • Неселективный катионный канал, не чувствителен к ментолу. • Кроме температуры активируется горчичным маслом, имбирным маслом, корицей, гвоздичным маслом, слезоточивым газом, чесноком. • Чувствителен к брадикинину, по-видимому, обусловливает гиперчувствительность к холоду, участвует в воспалении. • TRPА 1 экспрессируется на сенсорных нейронах, которые не экспрессируют TRPM 8, но экспрессируют CGRP, SP (маркеры ноцицепторов) • TRPА 1, экспрессируется также на нейронах, содержащих TRPV 1. • Воспаление и повреждение нерва увеличивает экспрессию TRPA 1, возможно за счет действия NGF (фактора роста нервов), что может приводить к гипералгезии к холоду (нейропатические боли). • TRPА 1 может быть активирован через фосфолипазу С. 27

TRPA 1 имеет участки чувствительные к теплу и холоду Figure 2. Topology diagram of functional domains of TRPA 1. Topology diagram of TRPA 1, highlighting domains implicated in thermosensation and electrophilereactive cysteines (yellow circles). (A) Pre-AR N-terminal domain (blue) is suspected to suppress heat activation of d. TRPA (A). 83 (B)AR 3 -8 (pink) contribute to heat activation of rattlesnake TRPA 1 15; AR 6 is specifically important for heat sensitivity in mouse and fly TRPA 1. 16 (C) AR 10 -15 (dark red) from both rattlesnake and fly TRPA 1 is a portable heat sensitive module. 15 (D) Only fly TRPA 1 isoforms with TRP ankyrin cap (red) are activated in response to heat. 91 (E) G 878 in S 5 (light orange) is necessary for cold activation of rat TRPA 1. 119 (F) Point mutation of R 1073 or N 1066 and I 1067 in PH (orange) eliminate heat activation of fly TRPA 1. 137 (G) Point mutation of L 1105 and I 1106 in S 6 (orange red) abolish heat sensitivity of fly TRPA 1. 137 216 Volume 2 Issue 2 Temperature Downloaded by [84. 237 28

Warm sensitive TRPA 1 Cold sensitive 29

The divergent thermal sensitivity of TRPA 1 channels. TRPA 1 is heat-sensitive in invertebrate and ancestral vertebrate (e. g. , rattle snake), cold-sensitive in rodents (e. g. , rat) and temperature-insensitive in primates (e. g. , human). A Glycine (G) residue is critical for cold-activation of rodent TRPA 1, whereas an equivalent Valine (V) residue is preserved in other species. 30

Теплочувствительный канал TRPV 1 N C >42 º • Активируется температурой >42°С. • Известен, как ваниллоидный рецептор. • Высоко чувствителен к температуре, Q 10>20. 6. • Неселективный катионный канал, проницаем для ионов Са 2+ и Na+. • У TRPV 1 -дефицитных мышей изменен порог теплового ответа. • Ответственен за гипералгезию при воспалении Локализация • Экспрессируется на С- и Аδ-волокнах пептидэргических сенсорных нейронах, а также в мозге, включая спинной мозг, в коже, мочевом пузыре, языке. • Не соэкспрессируется с TRPM 8, но соэкспрессируется с TRPA 1. 31

Природные лиганды TRPA 1 горчица, корица TRPM 8 ментол C C N ºC 50 N N 40 30 Ощущения C ºC 50 40 Термочувствительные афференты TRPV 1 жгучий перец 30 20 10 Холод ºC 20 10 Болевые ощущения холода и тепла 32

TRPV 1 N C >42 º Активируется: капсаицином, низким р. Н (в противоположность TRPM 8). Сенситизируется также факторами, участвующими в воспалении: • NGF (фактор роста нервов), вызывает температурную гипералгезию, увеличивает уровень TRPV 1 в коже в 25 раз, но не в мозге), • брадикинином (температурная гипералгезя), • липидами (температурная гипералгезия), • простагландинами, • АТФ, • протеинкиназой С. Угнетается – капсазепином и рутением красным. Десенситизируется - протеинкиназой А, АТФ, кальмодулином 33

TRPV 1 N C >42 º Капсаицин, который в изобилии содержится в стручках перца Чили открывает ионные каналы TRPV 1 Лидокаин блокирует боль и тактильную чувствительность через закрытие натриевых каналов. Если активировать TRP каналы капсаицином, то последующее введение лидокаина будет избирательно блокировать только каналы, расположенные в болевых нейронах и не будет блокировать тактильную чувствительность. 34

TRPV 1 Участие TRPV 1 в температурной гипералгезии Активируется - теплом, протонами, капсаицином + Na+ , Ca 2+Na TRPV 1 Bradykinin, NGF N C >43 º (неселективный) R G PIP DAG 2 PLCβ 2 NGF – nervous growth factor PLC – phospholipasa C PKC – proteinkinasa C Taste transduction IP 3 TRPM 5 PIP 2 Р PKC Ca 2+ IP 3 R IP 3 – inositol-3 -phosphat PIP 2 – phosphotydilinositol-4, 5 -biphosphat • У мышей с дефицитом TRPV 1 наблюдается уменьшение температурной гипералгезии при воспалении. • Медиаторы воспаления могут повышать чувствительность TRPV 1, прямо или косвенно действуя на эти каналы. Один из механизмов – разрушение PIP 2 с помощью PLC. 35

TRPV 2 Теплочувствительный канал C N >52 º • реагирует на температуру >52°С • не активируется капсаицином и низкой р. Н • активируется NGF (у мышей) • блокируется рутением красным Локализация Обнаружен в Аδ-волокнах сенсорных нейронов заднекорешковых ганглиев (в тех нейронах, где не экспрессируется TRPV 1), а также в нейронах мозга, включая спинной мозг, и в селезенке. 36

TRPV 3 Теплочувствительный канал N C >31 -39 º • Реагирует при температуре 31 -39°С. • Кроме температуры активируется камфорой. • Обнаруживает сильную сенситизацию при повторяющихся тепловых стимулах, увеличивая ответ. Локализация • Высокий уровень экспрессии на нейронах заднекорешковых ганглиев и сенсорных волокнах кожи. • Экспрессируется также на кератиноцитах, которые, модулируя уровень Са 2+ или активируя сигнальные факторы, такие как АТФ, способны возбуждать сенсорные терминали. • Наблюдается соэкспрессия с TRPV 1. 37

TRPV 4 Теплочувствительный канал C N >27 º • Активируется при 27 -34°С. В диапазоне до 42°С обогрев вызывает увеличение тока. • Кроме температуры активируется анандомином (метаболит арахидоновой кислоты) • Блокируется рутением красным • В отличие от TRPV 3 десенситизируется при повторяющихся тепловых стимулах. Локализация • TRPV 4 экспрессируется на нейронах преоптической области гипоталамуса, а также на сенсорных волокнах и нейронах заднекорешковых ганглиев, эндотелии и кератиноцитах. • Возможен вклад в вазодилятацию при обогреве. 38

TRPM 8 TRPV 1 Известно, что существуют 2 типа терморецепторов – холодовые и тепловые. Детектор температуры встроен в структуру ионного канала. 39

В 2003 году Нобелевская премия по химии была присуждена американскому учёному Родерику Маккиннону (Roderick Mc. Kinnon) за открытие структуры ионного канала. В 1998 году ему удалось кристаллографическими методами получить трёхмерную молекулярную структуру калиевого канала бактерии Streptomyces lividans. Этот белок состоит из 4 субъединиц, имеющих α-спиральное строение. Через полость в центре и переносится катион калия. 40

Созвездие компонентов холодочувствительного нейрона

С открытием TRP каналов стало возможным понимание молекулярной основы термочувствительности и ее кодирования. Понимание, физиологического значения этих каналов в температурных ощущениях и их регуляторное значение в поддержании температурного гомеостаза организма приобретает важное значение. 43

Влияет ли агонист ионного канала TRPM 8 ментол на активность и количество функционирующих холодовых афферентов? 44

Поток афферентной информации от периферических терморецепторов А = f (T , d. T /dt) * N ( , S) Температура, которая ощущается, как «холодно» , °C Т - temperature d. T /dt - rate of temperature changes - frequency of thermoreceptors distribution S – area of stimulation 6 4 2 40 20 200 Козырева, 1986 400 600 800 1000 Количество холодовых точек Kozyreva, 2006 Козырева Т. В. 2006 45

Влияние ментола на импульсную активность холодового рецептора кожи Static response Dynamic response Control IMP· S-1 Menthol IMP· S-1 nose n = 8 T = -5ºC Menthol Control Temperature (ºC) Initial temperature (ºC) Schafer, Braun, Isenberg, 1986 46

Влияние охлаждения на количество холодовых точек у человека Исходные 35 45 30 Охлаждение Исходные 40 25 * 20 15 10 5 0 31, 9°С 24, 1 °С Количество холодовых точек 40 Влияние 1% ментола на количество холодовых точек у человека 35 30 Ментол 25 20 15 10 5 Холод Козырева, Якименко, 1978 0 32, 2 °С 32, 0 °С Агонист TRPM 8 Козырева, Ткаченко, 2008 47

60 * 50 40 30 20 10 0 G 119662 C- 11 G 119662 C-12 G 119662 G G 119662 С Синонимичная замена гуанина (G 119662 G) на цитозин (G 119662 С) в 6 экзоне гена, кодирующего ионный канал TRPM 8, сопровождается повышением количества функционирующих холодовых рецепторов кожи у человека. Температура среды, оценивающаяся как «холодно» , ºС Количество функционирующих холовых рецепторов Полиморфизм rs 11562975 гена холодочувствительного ионного канала TRPM 8 обусловливает повышение чувствительности человека к холоду Количество функционирующих холодовых рецепторов Чем больше количество функционирующих холодовых рецепторов, тем более высокая температура среды воспринимается человеком, как «холодно» Козырева, Ткаченко, Абрамова, Ромащенко, Воевода, 2011, 2014 48

Группа G 119662 C реагирует снижением минутного объема дыхания (МОД) на ментол и охлаждение, тогда как группа G 119662 G снижает МОД только при сочетанном воздействии холода и ментола Охлаждение Ментол Охлаждение на фоне ментола 0. 5 0 л/мин -0. 5 -1 -1. 5 -2 -2. 5 * * -3. 5 -4 * МОД Группа 11 Группа 12 Минутный объем дыхания G 119662 G G 119662 C

Экспрессия генов разных TRP ионных каналов в структурах мозга в норме и при длительной адаптации организма к холоду 50

число копий на 100 копий ДНК-полимеразы-2 1 2 3 16 контроль адаптация 12 8 4 0 TRPA 1 TRPM 8 TRPV 3 TRPV 1 35 -38º 38 -41º Kozyreva, 2007 35 -41º <17°C <25°C 35 -39°C >39°C Voronova, Tuzghikova, Kozyreva, in press Адаптация к холоду снижает экспрессию гена ионного канала TRPV 3 в гипоталамусе. Изменение экспрессии генов термочувствительных TRP- каналов может лежать в основе молекулярных механизмов изменений импульсной активности термочувствительных нейронов гипоталамуса, наблюдаемых при адаптации к холоду. 51

52

Каково влияние активации холодочувствительного ионного канала TRPM 8 в коже на терморегуляторные и иммунные показатели? Ментол TRPM 8

В термонейтральных условиях активация ионного канала TRPM 8 приводит к повышению потребления кислорода и снижению дыхательного коэффициента, последнее свидетельствует об усилении жирового обмена Потребление кислорода (мл/мин кг) 25 * 24 23 22 21 20 Initial Menthol Дыхательный коэффициент – СО 2 выдыхаемого воздуха / потребленный О 2

Антигенсвязывание Антителообразование Иммуноглобулины крови Активация ионного канала TRPM 8 ментолом изменяет параметры иммунного ответа в термонейтральных условиях.

Активация ионного канала TRPM 8 ментолом в термонейтральных условиях, как и холод, увеличивает уровень IL-6 и L-1β в крови.

Под влиянием холода у гипертензивных животных не увеличивается концентрация провоспалительных цитокинов в крови, тогда как у нормортензивных это четко прослеживается Нормотензивные Гипертензивные

Гипоталамус Нормотензивные Гипертензивные Селезенка Нормотензивные Гипертензивные У гипертензивных животных изменена экспрессия генов термочувствительных каналов в гипоталамусе и селезенке, что может являться молекулярной основой чувствительности к температурным нагрузкам и активации периферического ионного канала TRPM 8 при артериальной гипертензии.

Активация ионного канала TRPM 8 ментолом не приводит к повышению в крови провоспалительных цитокинов у гипертензивных животных, тогда как у нормотензивных это повышение четко прослеживается Без ментола Ментол

Как активация холодо-чувствительного ионного канала TRPM 8 влияет на терморегуляторные и иммунные показатели при действии холода на организм?

Порог по температуре кожи Oxygen consumption Heat loss response Теплоотдача Shivering 0 -2 -4 -6 -8 Потребление кислорода Дрожь 30 -0. 5 25 25 -1 * 30 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 0 * -10 -12 -1. 5 -14 -2 Порог по ректальной температуре -2. 5 0 -3 -0. 5 -1 -1. 5 -3. 5 * -2 -2. 5 Активация ионного канала TRPM 8 приводит к снижению температурных порогов терморегуляторных реакций и улучшению поддержания глубокой температуры тела при охлаждении.

Активация ионного канала TRPM 8 ментолом ослабляет угнетающий эффект глубокого охлаждения на иммунный ответ Антигенсвязывание Антителообразование

Каково влияние острого охлаждения и активации холодочувствительного ионного канала TRPM 8 в коже на экспрессию генов TRP ионных каналов в гипоталамусе? Кожа

Итак, активация холодочувствительного ионного канала. TRPМ 8 оказывает существенное влияние на регуляцию жирового обмена, терморегуляторных и иммунных показателей

Корреляция между концентрацией Ca(2+) в крови и количеством холодовых точек на предплечье у человека Количество холодовых точек N=-25. 9+26. 2 PCa r = 0. 62 Влияние ионофореза Ca(2+) в кожу на количество холодовых точек у человека Кальций 50 * Концентрация кальция, mmol/l Количество холодовых точек 45 40 Исходные 35 30 25 20 15 10 5 0 32, 61 °С Козырева , Тихонова, Ткаченко, Синдаровская, 1987 33, 15°С Козырева, 1983 65

3 60 2. 5 * 2 50 Количество холодовых точек Концентрация кальция в плазме крови, ммоль/л Длительная адаптация организма к холоду приводит к снижению концентрации Са(2+) в крови и уменьшению количества чувствительных холодовых рецепторов 1. 5 1 0. 5 * 40 30 20 10 0 Контроль Адаптированные к холоду Козырева , Тихонова, Ткаченко, Синдаровская, 1987 66

TRPM 8 Ca(2+) *** Skin cooling Deep cooling Прослеживается сходство в изменении параметров иммунного ответа под влиянием активации TRPM 8, ионов Са(2+) и охлаждения кожи на 2⁰С. Глубокое охлаждение приводит к угнетению большей части параметров. Kozyreva et al. 2013 67

Агонист TRPV 1 (капсаицин) увеличивает импульсную активность теплового рецептора кожи Capsaicin 10 -7 Агонист TRPV 1 Kozyreva, Pierau, Neurophysiology, 1999 68

Агонист TRPV 1 (капсаицин) угнетает импульсную активность холодового рецептора кожи Capsaicin 10 -5 Capsaicin 10 -6 Capsaicin 10 -7 Kozyreva, Pierau, Neurophysiology, 1999 69

Под влиянием капсаицина – агониста TRPV 1, количество холодовых точек уменьшалось, тогда как количество тепловых точек оставалось неизменным (15 -20 min) Number of warm spots 45 30 15 0 Capsaicin 1% in 85% ethanol, 20 minutes Initial Capsaicin Kozyreva, 2007 70

Агонист TRPV 1, капсаицин, угнетает развитие терморегуляторных реакций на охлаждение УГНЕТЕНИЕ CТИМУЛЯЦИЯ СОСУДИСТАЯ РЕАКЦИЯ СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ ТЕРМОГЕНЕЗ НЕСОКРАТИТЕЛЬНЫЙ ТЕРМОГЕНЕЗ БЫСТРОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ МЕДЛЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ Козырева, Ткаченко, Елисеева, Симонова, Козарук, Гонсалес, Ломакина, 2004 71

Ионные каналы в эволюции Никотиновый ацетилхолиновый рецептор Циклонуклеотид-зависимые каналы Рецепторы 5 HT 3 P н. АХР Гли. Р ГАМКА РКН натяжения ЦНЗ ПЗК+ ПЗСа 2+ ПЗNa+ Наиболее древние позвоночные Наиболее древние многоклеточные 500 млн лет назад ? 750 млн лет назад 1000 млн лет назад ? ? Глицин-активируемый рецептор ? ? x 4 Наиболее древние зукариоты ? Кислородная атмосфера Прокариоты Наиболее древние прокариоты ? 2000 млн лет назад Потенциал-зависимые Са 2+ и Na+ каналы возникли из К+ каналов в результате генных дупликаций Вероятные предшественники остальных каналов 3000 млн лет назад TRP ионные каналы обнаружены у тетрапод, рыб, млекопитающих. 72

73

Temperature (°C) 0 Out In 10 TRPA 1 20 TRPM 8 C N 30 TRPV 4 N C 40 TRPV 3 N C 50 TRPV 1 N C 60 TRPV 2 C N Ankyrin domain Температура модулирует работу многих ионных каналов. Термо. TRP- каналы активируются непосредственно температурой с высоким Q 10. Отдельные TRP- каналы чувствительны в определенном диапазоне температур: одни активируются теплом, другие – холодом. Все вместе эти каналы охватывают весь диапазон воспринимаемых температур. В настоящее время идет накопление данных о физиологическом значении термочувствительных и других TRP ионных каналов. Мутации TRР каналов являются причинами многих генетических болезней. В последнее время при разработке новых лекарств ионным каналам, в том числе и TRР каналам, уделяется особенно пристальное внимание. 74

Dependence of the number of cold spots on the skin temperature Number of cold spots Adapted to exercise Control Adapted to hot Adapted to cold Skin temperature, °С Kozyreva, 1984, 2007 75

Влияние активации ионного канала TRPM 8 и холода на содержание интерлейкинов в крови Активация ионного канала TRPM 8 Действие холода 76

77

Figure 1. Temperature Sensitive (TRP) Ion Channels. (A) The cartoon illustrates the different ion-selectivity and current directionality of temperature-sensitive ion channels that reside in primary afferent sensory neurons detecting warm and cold temperatures, respectively. Modified with permission from ref. 51. (B) The graphs schematically depict temperature activation curves of warm/hot sensitive ion channels (upper panel) and cold sensitive channels (lower panel) that are found in primary afferent temperature-sensitive sensory neurons as depicted in (A). 78

Lower nerve response to acetone ether water (AEW) treatment in the skin of ICRTRPV 3−/− mice. Frozen sections were prepared from dorsal skin samples obtained from ICRTRPV 3+/+ and ICRTRPV 3−/− mice and immunostained for mouse protein gene product 9. 5 (PGP 9. 5). Arrows indicate PGP 9. 5 -expressing neurites. Bar=100 μm. Figure 3 Erika Yamamoto-Kasai, advance online publication 05 April 2012. doi: 10. 1038/jid. 2012. 97

The divergent thermal sensitivity of TRPA 1 channels. TRPA 1 is heat-sensitive in invertebrate and ancestral vertebrate (e. g. , rattle snake), cold-sensitive in rodents (e. g. , rat) and temperature-insensitive in primates (e. g. , human). A Glycine (G) residue is critical for cold-activation of rodent TRPA 1, whereas an equivalent Valine (V) residue is preserved in other species. 80

Location of temperature-dependent accessible residues. (A) Sequence alignment of pore domains of rat TRPV 1 and mouse TRPV 3. Predicted structural domains are indicated above. Residues with temperature-independent accessibility are highlighted in cyan and residues with temperature-dependent accessibility are in pink. (B) Homology models of pore domains. Same color coding was used as the above. 81