У легенях знайшли чутливий до розтягнення механосенсор

Американські вчені показали, що за чутливість до розтягнення дихальних шляхів при диханні відповідає білок-механорецептор Piezo2 - той же білок, який забезпечує чутливість до дотиків і відчуття положення свого тіла в просторі. Стаття опублікована в журналі, коротко про її зміст розповідається в редакційному матеріалі видання.

Під час дихання легені розтягуються, і це розтягнення вловлюють чутливі нейрони дихальних шляхів. Активація цих нейронів контролює дихання. Зокрема, вона забезпечує рефлекс Герінга - Брейєра, що запобігає надмірному розтягненню легенів: у відповідь на активацію чутливих до розтягнення нейронів відбувається інгібування вдиху і стимуляція видиху. Однак молекулярні механізми, що забезпечують механорецепцію в дихальній системі, досі залишалися невідомими.

Автори нової статті вирішили з'ясувати, чи не залучений до механорецепції в дихальній системі білок Piezo2. Цей великий трансмембранний білок є головним рецептором механічних впливів, що забезпечує чутливість до дотиків і м'язову пропріоцепцію - відчуття відносних позицій різних м'язів у власному тілі (тобто, в широкому сенсі, відчуття положення свого тіла і його частин у просторі).

Спочатку автори проаналізували експресію гена у мишей в чутливих нейронах, що іннервують легкі і дихальні шляхи. Експресія цього гена була виявлена в чутливих нейронах нижнього (нодозного) і верхнього гангліїв блукаючого нерва (який, серед інших своїх функцій, забезпечує іннервацію дихальних шляхів). Також експресія спостерігалася в задніх корінцях спинного мозку і в нейроепітеліальних тільцях у легенях.

Потім вчені досліджували генно-модифікованих мишей, в яких ген був вимкнений в різних групах нейронів. Виявилося, що при вимкненні гена у верхньому ганглії блукаючого нерва і задніх корінцях спинного мозку у мишей з'являлися сильні утруднення дихання і вони вмирали незабаром після народження. При цьому вимикання гена тільки в нижньому ганглії блукаючого нерва такого ефекту не давало: миші доживали до дорослого віку. Однак у таких мишей був порушений рефлекс Герінга - Брейера: розтягнення легенів у них не викликало інгібування вдиху. Крім того, такі миші за один вдих вдихали більше повітря, ніж миші дикого типу, що говорить про те, що у них також був порушений механізм оцінки зміни обсягу легенів при диханні.

Таким чином, наявність білка Piezo2 у верхньому ганглії блукаючого нерва і задніх корінцях спинного мозку виявився необхідним для встановлення нормального дихання при народженні, а наявність цього білка в нижньому ганглії блукаючого нерва - необхідним для підтримки нормального дихання у дорослих тварин.

Нарешті, автори простежили, як впливає активація (за допомогою методів оптогенетики) експресуючих Piezo2 волокон блукаючого нерва на дихання. Виявилося, що стимуляція цих волокон викликає негайну зупину дихання. Все це, як підсумовують автори, говорить про те, що Piezo2 є основним механорецептором розтягнення дихальних шляхів, необхідним для організації дихання при народженні і підтримки нормального дихання в дорослому стані.