Обонятельный вомероназальный орган работает так же, как ушные рецепторы

Брачное поведение животных зависит от калия, который приводит в действие рецепторы вомероназального органа, улавливающего феромоны потенциального полового партнёра. В этом смысле вомероназальный орган похож на орган слуха, рецепторы которого тоже работают «на калии».

Ионные каналы в мембране клетки вомероназального органа (рисунок авторов работы).

Хотя вомероназальный орган (ВО) был открыт более двухсот лет назад, его предназначение и рабочий механизм до сих пор во многом непонятны. Впрочем, с предназначением тут проще: считается, что у животных рецепторы ВО настроены на феромоны и запахи врагов. От органа зависит, найдёт ли зверь пару и успеет ли убежать от хищника. У человека ВО тоже есть, хотя и в редуцированном виде; однако, согласно некоторым гипотезам, несмотря на редуцированность, у нас он сохранил чувствительность к феромонам и также играет большую роль в половом поведении.

Механизм работы ВО как будто не отличается от того, как действуют обычные обонятельные рецепторы, с той лишь разницей, что первый «заточен» под определённые запаховые молекулы. Реагируя на феромон, рецепторы открывают ионные каналы в мембране, и за счёт изменения концентраций ионов внутри и снаружи клеточной мембраны рождается электрический импульс, передаваемый по нейронам в мозг. Сюрпризы поджидали исследователей, когда приступили к подробному изучению ионных каналов, используемых рецепторами ВО.

Поначалу это были только кальциевые каналы, но постепенно накапливалось всё больше данных о том, что заметную роль тут играют и другие ионы. Вслед за кальциевыми были открыты каналы для хлорид-ионов, а сейчас в Nature Neuroscience исследователи из Института Стауэрса (США) сообщают и о калиевых ионных каналах рецепторов ВО. Но удивительным оказалось не просто наличие ещё одного сорта ионных ворот, а то, как они работают. Учёные брали образцы ткани мышей и с помощью электродов следили за тем, как разные ионы влияют на заряженность нейрона. Чтобы проверить ионы калия, их заменили на ионы цезия, которые похожи на калиевые, но не могут пройти через специализированные калиевые каналы. В качестве раздражителя служила мышиная моча с феромонами.

Обычно нейроны выкачивают калий наружу через мембранные насосы, установленные на теле клетки. Это помогает вернуть нейрон в исходное состояние после возбуждения, «перезагрузить» его. Потом, когда нужно возбудиться, нейронные каналы открываются, и калий устремляется внутрь клетки. Но в случае с ВО обнаружилось противоречие: во-первых, поток калия наружу имел место и в дендритах нейронов, а во-вторых, мешал возбудить нейрон встречному потоку тех же калиевых ионов.

Когда исследователи попытались разобраться, в чём тут дело, оказалось, что всё зависит от метода исследования. Точнее, от того, с чем работают экспериментаторы — с живым организмом или с фрагментом ткани, помещённым в искусственные условия.

Исследователи попытались выяснить, как функционируют белки калиевых каналов рецепторов ВО у живой мыши. Оказалось, что оба канала (SK3 и GIRK) при активации рецептора работают только «на вход», проводя калий внутрь нейрона. Действие этих белков обеспечивает примерно половину общего ионного потока, необходимого для активации рецепторов. Похожим образом работают звуковоспринимающие рецепторы внутреннего уха: при возбуждении к ним внутрь устремляется поток калиевых ионов. Но рецепторы внутреннего уха окружены жидкостью, насыщенной калием. И учёные заподозрили, что, возможно, дендриты ВО тоже купаются в калиевом растворе.

Так и оказалось: в организме мыши раствор вокруг вомероназальных рецепторов обеспечивает свободный поток ионов калия, стоит только открыть ионные каналы. Но когда учёные выделяли эти рецепторы для экспериментов, они помещали их в среду с заведомо низким содержанием калия и в результате наблюдали парадокс — два встречных потока одних и тех же ионов, сопровождавших один и тот же процесс. Исследования ВО могут открыть нам что-то новое не только в поведении животных, но и в нашем с вами, коль скоро он у нас в какой-то мере функционален.

Наконец, главный смысл рассматриваемой работы не только в описании ионного канала в клетках загадочного обонятельного органа; это ещё и прекрасная иллюстрация того, как фатально порой расходятся результаты экспериментов, полученные in vitro и in vivo.

Подготовлено по материалам Medical Xpress.