Американские ученые показали, что за чувствительность к растяжению дыхательных путей при дыхании отвечает белок-механорецептор Piezo2 — тот же белок, который обеспечивает чувствительность к прикосновениям и ощущение положения своего тела в пространстве. Статья опубликована в журнале Nature, кратко о ее содержании рассказывается в редакционном материале издания.

Во время дыхания легкие растягиваются, и это растяжение улавливают чувствительные нейроны дыхательных путей. Активация этих нейронов контролирует дыхание. В частности, она обеспечивает рефлекс Геринга—Брейера, предотвращающий чрезмерное растяжение легких: в ответ на активацию чувствительных к растяжению нейронов происходит ингибирование вдоха и стимуляция выдоха. Однако молекулярные механизмы, обеспечивающие механорецепцию в дыхательной системе, до сих пор оставались неизвестными.

Авторы новой статьи решили выяснить, не вовлечен ли в механорецепцию в дыхательной системе белок Piezo2. Этот крупный трансмембранный белок является главным рецептором механических воздействий, обеспечивающим чувствительность к прикосновениям и мышечную проприоцепцию — ощущение относительных позиций разных мышц в собственном теле (то есть, в широком смысле, ощущение положения своего тела и его частей в пространстве).

Сначала авторы проанализировали экспрессию гена Piezo2у мышей в чувствительных нейронах, иннервирующих легкие и дыхательные пути. Экспрессия этого гена была обнаружена в чувствительных нейронах нижнего (нодозного) и верхнего ганглиев блуждающего нерва (который, в числе прочих своих функций, обеспечивает иннервацию дыхательных путей). Также экспрессия Piezo2 наблюдалась в задних корешках спинного мозга и в нейроэпителиальных тельцах в легких.

Регуляция дыхания механорецептором Piezo2. N, J — нижний и верхний ганглии блуждающего нерва; DRJ — задние корешки спинного мозга. Goridis 2016

Затем ученые исследовали генно-модифицированных мышей, в которых ген Piezo2 был выключен в различных группах нейронов. Оказалось, что при выключении гена в верхнем ганглии блуждающего нерва и задних корешках спинного мозга у мышей появлялись сильные затруднения дыхания и они умирали вскоре после рождения. При этом выключение гена только в нижнем ганглии блуждающего нерва такого эффекта не давало: мыши доживали до взрослого возраста. Однако у таких мышей был нарушен рефлекс Геринга—Брейера: растяжение легких у них не вызывало ингибирования вдоха. Кроме того, такие мыши за один вдох вдыхали больше воздуха, чем мыши дикого типа, что говорит о том, что у них также был нарушен механизм оценки изменения объема легких при дыхании.

Таким образом, наличие белка Piezo2 в верхнем ганглии блуждающего нерва и задних корешках спинного мозга оказался необходимым для установления нормального дыхания при рождении, а наличие этого белка в нижнем ганглии блуждающего нерва — необходимым для поддержания нормального дыхания у взрослых животных.

Наконец, авторы проследили, как влияет активация (с помощью методов оптогенетики) экспрессирующих Piezo2 волокон блуждающего нерва на дыхание. Оказалось, что стимуляция этих волокон вызывает немедленную останову дыхания. Все это, как заключают авторы, говорит о том, что Piezo2 является основным механорецептором растяжения дыхательных путей, необходимым для организации дыхания при рождении и поддержания нормального дыхания во взрослом состоянии.

Автор: Софья Долотовская