УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2013, том 44, № 3, с. 3-15
УДК 577.3
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТОК ВКУСОВОЙ ПОЧКИ. МЕХАНИЗМЫ АФФРЕНТНОЙ НЕЙРОПЕРЕДАЧИ ВКУСОВЫХ РЕЦЕПТОРНЫХ КЛЕТОК ТИПА II
© 2013 г. Р. А. Романов1
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биофизики клетки Российской академии наук, Пущино, Московская область
Рецепторные клетки вкусовой почки гетерогенны по своей морфологии и различаются функционально, поскольку задача этих клеток - распознать вещества, имеющие различные вкусы: горький, сладкий, соленый, кислый и умами. В рамках одного клеточного типа такую задачу решать фактически невозможно. На сегодняшний день известно, что каждому из пяти перечисленных выше базовых вкусов соответствуют независимые клеточные субпопуляции, формирующие три основных морфофункционально различных клеточных типа. Кроме того, помимо рецепторной функции часть клеток вкусовой почки исполняет роль поддерживающих клеток с глиальными функциями. В статье рассмотрены особенности трех известных морфотипов. Особое внимание уделяется клеткам типа II и необычному механизму афферентной нейропередачи, который они используют. Клетки данного типа включают три популяции: чувствующие горькое, сладкое и умами (вкус аминокислот), и потому представляют серьезный научный интерес.
Ключевые слова: вкусовые клетки, высвобождение АТФ, рецепторы.
1. Морфологический и функциональный анализ клеток вкусовой почки
Периферический отдел вкусовой системы организован в виде вкусовых сосочков пяти типов, три из которых расположены на языке: желобоватые в постериальной части, листовидные в центральной, и грибовидные - в антериальной части языка. Вкусовые сосочки состоят из вкусовых почек -ассоциата из 50-100 вкусовых клеток [32, 39]. Клетки вкусовых почек - это специализированные клетки, имеющие вытянутую форму и, несмотря на эпителиальное происхождение, со многими нейрональными свойствами, такими как способность к деполяризации и образованию синапсов.1
На основе данных электронной микроскопии было выделено четыре типа клеток - округлые ба-зальные (или прогениторные) и три типа верете-новидных клеток: тип I (темные), тип II (светлые), тип III (промежуточные) [21, 29, 38]. Возможно, та или иная клеточная специализация может быть определена уже на уровне клеток-предшественниц, поскольку клетки вкусовых почек имеют как минимум несколько таковых (около восьми
1 В 2012 г. Р. А. Романову была присуждена медаль Российской академии наук молодым ученым РАН - за цикл работ "Физиологические процессы в периферическом вкусовом органе. Механизмы электрогенеза, возбудимости и афферентной нейропередачи".
клеток-предшественниц на вкусовую почку) с разными биохимическими свойствами [50].
Для всех трех типов веретеновидных клеток характерны общие морфологические особенности, такие как наличие биполярности, где апикальная часть непосредственно контактирует с ротовой полостью, обычно богата микроворсинками и несет GPCR (G-белоксвязанные рецепторы), ионные каналы и другие трансдукционные элементы. Базолатеральная часть, не имеющая доступа к вкусовым веществам, отвечает за связь с афферентными и эфферентными нервными окончаниями и, возможно, с другими рецепторными клетками вкусовой почки. В апикальной части вкусовой почки клетки соединены друг с другом плотными контактами (zona occludens), которые являются барьером для вкусовых веществ.
Среди морфологических различий следует отметить, что у клеток I и II типа в апикальной части несколько десятков микроворсинок, выступающих в полость вкусового канала, тогда как клетки типа III имеют лишь одну крупную микроворсинку. Апикальная часть клеток I типа содержит большое количество электронноплотных гранул с секретом, который экскретируется во вкусовую пору. Кроме того, часть клеток I типа проецирует пластинчатые, крылоподобные отростки, которые как покров окутывают вкусовые клетки других типов. Клетки III типа отличаются тем, что лишь
соленый вкус: ионный канал ENaC:
GLAST
NTPDase-2
Глиаподобные
фосфолипаза С Р 2, G-белок а-гастдуцин, ионный канал TRPM5
горьким вкус: рецепторы T2R
кисльш вкус: ионный канал PKD2L1
сладкии вкус: рецептор-димер T1R2+T1R3
умами вкус: рецептор-димер T1R1+T1R3
Рис. 1. Морфофункциональные типы клеток вкусовой почки. Объяснения в тексте.
они формируют синапсы с афферентными нервными окончаниями и имеют соответствующие структурные образования [28, 29].
В 2000-х годах в клетках вкусовой почки удалось идентифицировать ряд важных белков, а главное - определить их роль в восприятии вкусовых стимулов той или иной модальности. Среди них:
1) два семейства гептаспиральных вкусовых рецепторов, включающих около 30 рецепторов семейства T2R [4], распознающих горькие вещества [15]; три рецептора семейства T1R [25, 34]], формирующих один универсальный гетеродимер-ный рецептор для всего спектра сладких веществ (T1R2/T1R3) [41, 59] и один универсальный рецептор аминокислотного вкуса "умами" (T1R1/ T1R3) [40];
2) альфа-субъединица G-белка гастдуцина (а-гастдуцин) [35], фосфолипаза Ср2 [17], ионный канал TRPM5 [43], генетический knock-out каждого из которых приводит к снижению или даже полному подавлению чувствительности генетически модифицированных животных к горькому, сладкому и умами вкусам [54, 57];
3) канальные белки PKD2L1 (Huangetal, 2006) и субъединицы эпителиального натриевого канала (ËNaC) [6]. Генетический нокаут PKD2L1 приводит к снижению чувствительности животных к кислому [27], удаление альфа-субъединицы £NaC приводит к подавлению амилоридзависимой ком-
- поненты физиологических ответов на соленые i стимулы.
4) P2X2/P2X3-рецепторы, локализованные на
- нервных окончаниях, иннервирующих вкусовую
- почку, knock-out которых приводит к полному ис-i чезновению вкусовой чувствительности у мышей : [22].
[ С использованием методов иммуногистохимии 5 и РНК-гибридизации in situ был проанализиро-
- ван профиль экспрессии вышеупомянутых белков , в популяции клеток вкусовой почки, что позволи-
- ло сделать довольно убедительные заключения о 5 физиологических функциях вкусовых клеток раз- личных подтипов, идентифицированных ранее на / основе ультраструктурных критериев. На основе
этих данных можно уже говорить о наличии не просто морфотипов, а морфофункциональных 1 типов (рис. 1). Так, выяснилось, что вкусовые клетки типа II включают три независимые суб-
t
популяции, ответственные за рецепцию горького, 1 сладкого и умами соответственно. Каждая из этих трех групп отличается своим набором рецепторов (на горькое (семейство T2R), сладкое (димер T1R2/T1R3) и умами (димер T1R1/T1R3), соот-) ветственно, но при этом обладает общим внутри
- типа последующим трансдукционным каскадом,
- включающим активацию G-белка гастдуцина, ак-с тивацию фосфолипазы Ср2, мобилизацию внут-I риклеточного кальция и активацию кальцийзави-
- симого ионного канала TRPM5.
Вкусовые клетки III типа ответственны за вос- I приятие кислого, поскольку именно в этих клетках -функционирует ^H-активируемый ионный канал -PKD2L, а элиминация PKD2L1 -содержащих клеток приводила к потере чувствительности к кислому ( [26, 27]. Клетки I типа, по-видимому, гетерогенны и выполняют, с одной стороны, функции глиальных ( клеток, поскольку на плазматической мембране именно этих клеток присутствуют типичный для глии аминокислотный транспортер GLAST [30] и ( экто-апиразаNTPD-аза2 [8]. Данные белки утилизируют молекулы, глутамат и АТФ, высвободившиеся в межклеточное пространство вкусовой j почки в процессе акта нейротрансмиссии. С другой стороны, клетки I типа участвуют в рецепции соленого, так как именно в них функционируют амилоридчувствительные натриевые каналы (£NaC), а амилоридчувствительная компонента 1 соленого восприятия - одна из основных [52]. '
2. Электрофизиологический анализ клеток ' вкусовой почки. Поиск критериев 1
для их идентификации 1
Надо отметить, что в физиологических ис- 1 следованиях на уровне одиночных вкусовых клеток используемые выше морфологические критерии не применимы для их идентификации, поэтому большинство электрофизиологических ] исследований, в том числе изучение действия вкусовых стимулов, до второй половины 2000-х годов проводилось на общей популяции неиден-тифицированных клеток вкусовой почки. Лишь в последние несколько лет для идентификации клеток в экспериментах стали широко использовать трансгенных животных, где под промото- 1 ром интересующего маркерного белка вставлен экзогенный зеленый флуоресцирующий белок (GFP). В частности, в настоящее время проводятся исследования на животных, где GFP вставлен ^ под промотор гастдуцина [36, 46], TRPM5 [58], фосфолипазы C [20], T1R3 [16] и др. Однако идея возможности идентифицировать клеточные типы с использованием электрофизиологических критериев витала давно, поэтому попытки классифицировать вкусовые клетки в соответствии с электрофизиологическими данными, полученными с использованием метода пэтч-кламп на целой клетке, предпринимались с 1990 г. Так, Акабас с коллегами выявили две группы вкусовых клеток, отличающиеся наличием/отсутствием потенциал- ' зависимых натриевых каналов [5]. Биджиани [12] описал три электрофизиологически различные субпопуляции клеток, изолированных из желобоватого сосочка: 1) клетки, имеющие и потенциал- ] зависимые входящие №+-токи, и выходящие токи <
(Na/Out); 2) клетки, имеющие только выходящие токи (Out) и 3) клетки, с низким входным сопротивлением (Leaky).
Коллектив японских исследователей [42], исследуя вкусовые клетки мягкого неба, пришел к выводу, что их можно разделить на три группы на основе наличия/отсутствия и амплитуды потен-циалзависимого натриевого тока, а также емкости мембраны. Данные типы клеток были условно обозначены HEX, LEX и NEX. Так, клетки HEX-типа (по оценкам исследователей порядка 60% протестированных клеток) имели значительно большую амплитуду натриевых токов и меньшую емкость, чем тип LEX (23% клеток). NEX-тип (17%) не имел натриевых токов вовсе. Так как ученые исследовали данные клетки in situ, не вырывая их из вкусовой почки, они попытались оценить месторасположение разных электрофиз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.