Тепло и холод мы чувствуем специальными рецепторами – нервными клетками, которые генерируют электрохимический импульс при той или иной температуре. Импульс бежит в мозг, и в результате мы понимаем, холодно нам или жарко. Но как сами рецепторы чувствуют, что на них что-то действует? Для этого у чувствительных клеток есть специальные белки, которые встроены в клеточную мембрану и которые могут пропускать ионы на внутреннюю или наружную сторону мембраны. Именно такой белок реагирует на раздражение, будь то температура, механическое давление, звуковые колебания и пр., и открывает путь ионам. Благодаря перераспределению заряженных ионов на мембране возникает тот самый электрохимический импульс.

Многие такие рецепторные белки нам уже известны, но вот холодовый белок довольно долго от исследователей ускользал. И только сейчас в Cell выходит работа сотрудников Мичиганского университета и Хуачжунского научно-технического университета, в которой они описывают белок, который помогает чувствовать холод круглым червям Caenorhabditis elegans. По словам авторов работы, раньше холодовый рецепторный белок искали среди группы белков, про которые было известно, что они имеют отношение к той или иной сенсорике. Такой подход кажется совершенно логичным и очевидным, но дело в том, что рецепцией чего-нибудь, например, холода, может заниматься какая-нибудь неочевидная белковая молекула.

Черви C. elegans давно стали одним из модельных объектов в молекулярной биологии: их геном очень хорошо изучен, а из-за того, что многие гены, заведующие фундаментальными процессами, очень похожи даже у очень разных живых организмов, результаты экспериментов с этими круглыми червями могут пригодиться нам для понимания самих себя. Манипулировать генами у C. elegans тоже сравнительно просто, и исследователям оставалось только заметить, какие мутации меняют поведение червей при низкой температуре. Обычно черви (как и все прочие животные), если им слишком холодно, стараются уползти туда, где потеплее. Но если у них будет испорчен ген, кодирующий холодовый белок, то такие черви холода не почувствуют и никуда уползать не будут. Нужно было только не зацикливаться на известных сенсорных генах, а искать холодовый рецептор по всему геному.

В итоге оказалось, что холод черви чувствуют с помощью белка GLR-3, который известен как рецептор для нейромедиатора глутамата. Он достаточно консервативен в эволюции, то есть гены, похожие на ген червей, есть у очень многих животных, включая человека. Более того, хотя в этом гене у каждого вида есть свои отличия, но всё же если ген glr-3 от млекопитающих пересаживали мутантным червям, у которых их собственный glr-3 был выключен, то черви начинали чувствовать холод. Точно так же, когда выращивали культуру мутантных холодовых нейронов млекопитающих, не чувствовавших холод, то они начинали реагировать на холод, когда им вводили ген glr-3 от червей, мышей или рыб.

Мышиный вариант гена называется GluK2, и про него известно, что он работает в нейронных цепочках мозга, помогая передавать нервным клеткам сигналы друг другу. Однако сейчас исследователям удалось показать, что GluK2 активен в некоторых нейронах, которые отвечают за восприятие внешних раздражителей. И если у мышей подавляли в сенсорных нейронах активность гена GluK2, то мыши переставали чувствовать холод; причём речь здесь идёт именно о сильном холоде – умеренное похолодание животные как раз ощущали. То есть, как видим, температурная чувствительность у нас (а «мышиные» результаты, надо думать, можно с большой уверенностью распространить и на людей) устроена сложнее, чем могло бы показаться.