Інститут фізіології імені О.О. Богомольця НАН України відомий у світі багатьма відкриттями, одним з яких є протон-чутливі йонні каналі (acid-sensing ion channels або ASICs).

Для нормального функціонування клітинам потрібно обмінюватися інформацією із іншими. Це здійснюється здебільшого шляхом обміну спеціальними сигнальними сполуками. Одні з них вивільняються у кров та транспортуються нею до мішеней – це гормони. Інші ж можуть впливати локально – на сусідні клітини. Зокрема, так працюють нейромедіатори – хімічні сполуки, за допомогою яких комунікують нервові клітини. Нейромедіаторів відомо багато – більше сотні, назви деяких дуже відомі: відкритий найпершим ацетилхолін, адреналін та його брат норадреналін, казково популярні дофамін та серотонін, й інші. Це порівняно великі молекули, що спеціально синтезуються для використання у сигнальній ролі.

Нейромедіатори є сигналами, а сприймають їх спеціалізовані білкові молекули – рецептори. Наявність та властивості рецепторів визначають, чи відреагує клітина на ту чи іншу сполуку, а якщо відреагує, то як саме і наскільки.

Великою несподіванкою було виявлення факту, що клітини здатні реагувати не лише на “справжні” молекули медіаторів, а й на те, що є найменшою хімічною часткою – протон, йон гідрогену, Н⁺. Він утворюється при розчиненні у воді багатьох хімічних сполук, та навіть при дисоціації самих молекул води. Зростання кількості таких йонів – це закислення середовища.

У 1980 році співробітниками інституту Олегом Кришталем та Володимиром Підоплічком було вперше показано, що клітини здатні реагувати на порівняно стрімку зміну концентрації протонів. Автори припустили, що за цю здатність відповідає новий, досі невідомий тип рецепторів, і він може обумовлювати здатність чутливих нервових клітин безпосередньо сприймати кислотність середовища.

Після цього були ідентифіковані білки ASIC, знайдені їхні гени, виявлено, що це ціла родина рецепторів із відмінними властивостями, продемонстровано роль ASIC у формуванні болю та ін. У той же час, картина значення цих рецепторів у функціонуванні головного мозку поки далеко неповна. Експериментальна робота в даному напрямку йде по всьому світу, у тому числі і в нашому Інституті фізіології. Огляду наявних відомостей про значення протон-чутливих йонних каналів присвячена стаття співробітників відділу фізико-хімічної біології клітинних мембран.

Наразі відомо, що ASIC є не екзотичним механізмом, натомість їх можна знайти практично в усіх ділянках мозку: мигдалині (емоційна пам’ять та навчання), гіпокампі (формування пам’яті, орієнтування у просторі), мозочку (координація рухів), стріатумі, стовбурі, неокортексі тощо. Протони не є головними медіаторами (як ацетилхолін чи норадреналін), але вони здатні модулювати, змінювати, підлаштовувати роботу майже кожного синапсу. Головним чином ASIC впливають на роботу найбільше поширених збудливої (глутаматна) та гальмівної (гама-аміномасляна кислота, ГАМК) систем. Що ускладнює розуміння їхнього значення – роль в роботі синапсів залежить від конкретної мозкової структури: десь вони посилюють передачу сигналу, а десь навпаки.

Роль певних каналів чи рецепторів в роботі організму часто вивчають, надмірно активуючи або ж навпаки – виключаючи їх. Включення-виключення ASIC як на рівні цілого організму, так і у певних ділянках мозку позначається на поведінці. Наразі показано, що ASIC залучені у процесах моторного навчання, формування страху та його забування, у вроджених емоційних реакціях, а також у формуванні умовних рефлексів на основі позитивного підкріплення.

Врешті, порушення роботи ASIC є компонентом формування нервових розладів, а фармакологічний вплив на їхнє функціонування може мати терапевтичне значення. Показано, що зміна активності цих рецепторів може бути антидепресантною, протисудомною (боротьба з епілепсією), ефективною при лікуванні інсультів, хвороби Альцгеймера та навіть наркотичних залежностей.

Все це робить подальше вивчення ASIC перспективним щодо винайдення новітніх лікарських засобів, а значить – збільшення якості життя людства.

На рисунку зі статті схематичний механізм впливу ASIC на роботу синапсів: вивільнення синаптичних пухирців із головним медіатором (1) супроводжується закисленням синаптичної щілини (глутамат та ГАМК є кислотами); йони гідрогену впливають на ASIC, які можуть локазізуватися у пре- та/або постсинаптичній мембрані (2); у пресинапсі їхня активація може модулювати (посилювати або послаблювати) виділення головного медіатору (3); а у постсинапсі впливати на ефективність роботи “головного” рецептора (4).

Джерело: Storozhuk M, Cherninskyi A, Maximyuk O, Isaev D, Krishtal O. Acid-Sensing Ion Channels: Focus on Physiological and Some Pathological Roles in the Brain. Curr Neuropharmacol. 2021;19(9):1570-1589. doi: 10.2174/1570159X19666210125151824