Введение
Класс транспортных белков. Транзиентные рецепторные потенциальные каналы (TRP-каналы) — это группа ионных каналов, расположенных преимущественно на плазматической мембране многочисленных типов клеток животных. Большинство из них объединяются в две широкие группы: группа 1 включает TRPC («C» — канонический), TRPV («V» — ваниллоидный), TRPVL («VL» — ваниллоидоподобный), TRPM («M» — меластатин), TRPS («S» — соромеластатин), TRPN («N» — потенциал механорецептора C) и TRPA («A» — анкирин). Группа 2 состоит из TRPP («P» — поликистозный) и TRPML («ML» — муколипин). Многие из этих каналов опосредуют различные ощущения, такие как боль, температура, различные виды вкуса, давление и зрение. В организме некоторые TRP-каналы, как полагают, функционируют как микроскопические термометры и используются животными для восприятия тепла или холода. Некоторые TRP-каналы активируются молекулами, содержащимися в специях, таких как чеснок (аллицин), перец чили (капсаицин), васаби (аллил-изотиоцианат); другие активируются ментолом, камфорой, мятой и охлаждающими веществами; третьи — молекулами, содержащимися в каннабисе (т.е. ТГК, КБД и КБН) или стевии. Некоторые действуют как датчики осмотического давления, объема, растяжения и вибрации. Большинство каналов активируются или ингибируются сигнальными липидами и вносят вклад в семейство липид-зависимых ионных каналов. Эти ионные каналы обладают относительно неселективной проницаемостью для катионов, включая натрий, кальций и магний. TRP-каналы были впервые обнаружены в так называемом мутантном штамме с «переходным рецепторным потенциалом» (trp-мутант) плодовой мушки Drosophila, отсюда и их название (см. раздел «История каналов TRP Drosophila» ниже). Позже TRP-каналы были обнаружены у позвоночных, где они повсеместно экспрессируются во многих типах клеток и тканей. Большинство TRP-каналов состоят из 6 трансмембранных спиралей с внутриклеточными N- и C-концами. TRP-каналы млекопитающих активируются и регулируются широким спектром стимулов и экспрессируются во всем организме.
Transient receptor potential channels (TRP channels) are a group of ion channels located mostly on the plasma membrane of numerous animal cell types. Most of these are grouped into two broad groups: Group 1 includes TRPC ( "C" for canonical), TRPV ("V" for vanilloid), TRPVL ("VL" for vanilloid like), TRPM ("M" for melastatin), TRPS ("S" for soromelastatin), TRPN ("N" for mechanoreceptor potential C), and TRPA ("A" for ankyrin). Group 2 consists of TRPP ("P" for polycystic) and TRPML ("ML" for mucolipin). Many of these channels mediate a variety of sensations such as pain, temperature, different kinds of taste, pressure, and vision. In the body, some TRP channels are thought to behave like microscopic thermometers and used in animals to sense hot or cold. Some TRP channels are activated by molecules found in spices like garlic (allicin), chili pepper (capsaicin), wasabi (allyl isothiocyanate); others are activated by menthol, camphor, peppermint, and cooling agents; yet others are activated by molecules found in cannabis (i. e., THC, CBD and CBN) or stevia. Some act as sensors of osmotic pressure, volume, stretch, and vibration. Most of the channels are activated or inhibited by signaling lipids and contribute to a family of lipid gated ion channels. These ion channels have a relatively non selective permeability to cations, including sodium, calcium and magnesium. TRP channels were initially discovered in the so called "transient receptor potential" mutant (trp mutant) strain of the fruit fly Drosophila, hence their name (see History of Drosophila TRP channels below). Later, TRP channels were found in vertebrates where they are ubiquitously expressed in many cell types and tissues. Most TRP channels are composed of 6 membrane spanning helices with intracellular N and C termini. Mammalian TRP channels are activated and regulated by a wide variety of stimuli and are expressed throughout the body.
Семьи
В настоящее время в суперсемействе TRP у животных выделяют 9 предлагаемых семейств, разделенных на две группы, и каждое семейство включает в себя несколько подсемейств. Ниже перечислены представители подсемейств и дано краткое описание каждого из них:
Структура
TRP-каналы состоят из 6 трансмембранных спиралей (S1–S6) с внутриклеточными N- и C-концами. TRP-каналы млекопитающих активируются и регулируются широким спектром стимулов, включая множество посттранскрипционных механизмов, таких как фосфорилирование, взаимодействие с G-белковыми рецепторами, активация лигандами и убиквитинирование. Эти рецепторы обнаружены почти во всех типах клеток и преимущественно локализуются в клеточных и органелльных мембранах, модулируя поступление ионов. Большинство TRP-каналов образуют гомо- или гетеротетрамеры в полностью функциональном состоянии. Ионный селективный фильтр, или поры, формируется сложной комбинацией P-петель в тетрамерном белке, расположенных во внеклеточном домене между трансмембранными сегментами S5 и S6. Как и большинство катионных каналов, TRP-каналы содержат отрицательно заряженные аминокислотные остатки в порах для привлечения положительно заряженных ионов.
Характеристики группы 1
Каждый канал в этой группе структурно уникален, что способствует разнообразию функций, которыми обладают TRP-каналы, однако существуют и общие черты, отличающие эту группу от других. Начиная с внутриклеточного N-конца, наблюдаются повторы анкрина различной длины (за исключением TRPM), которые способствуют закреплению в мембране и другим белковым взаимодействиям. Сразу после S6 на C-концевом участке расположен высококонсервативный TRP-домен (за исключением TRPA), участвующий в модуляции открытия/закрытия канала и мультимеризации. В этой группе также встречаются другие C-концевые модификации, такие как альфа-киназные домены в TRPM7 и M8. Каналы TRP были впервые обнаружены в мутантном штамме trp плодовой мушки Drosophila. TRPML-каналы функционируют как внутриклеточные каналы высвобождения кальция и, следовательно, играют важную роль в регуляции органелл. Термочувствительные TRP-каналы имеют C-концевой домен, отвечающий за термосенсорную функцию, и специфический взаимозаменяемый участок, позволяющий им воспринимать температурные стимулы, связанные с регуляцией лигандами. Хотя большинство TRP-каналов модулируются изменениями температуры, некоторые играют ключевую роль в восприятии температуры. Существует по крайней мере 6 различных термочувствительных TRP-каналов, каждый из которых выполняет свою функцию. Например, TRPM8 связан с механизмами ощущения холода, TRPV1 и TRPM3 участвуют в ощущениях тепла и воспаления, а TRPA1 облегчает множество сигнальных путей, таких как сенсорная трансдукция, ноцицепция, воспаление и окислительный стресс. TRPM5 активируется сладкими гликозидами, содержащимися в стевии. Несколько других TRP-каналов играют значительную роль в хемосенсорной функции через сенсорные нервные окончания во рту, не зависящие от вкусовых рецепторов. TRPA1 реагирует на горчичное масло (аллил-изотиоцианат), васаби и корицу, TRPA1 и TRPV1 реагируют на чеснок (аллицин), TRPV1 реагирует на перец чили (капсаицин), TRPM8 активируется ментолом, камфорой, мятой и охлаждающими веществами; TRPV2 активируется молекулами (THC, CBD и CBN), содержащимися в марихуане.
TRP-подобные каналы в зрении насекомых
Мутантные плодовые мухи, у которых отсутствует функциональная копия гена *trp*, характеризуются преходящим ответом на свет, в отличие от мух дикого типа, демонстрирующих устойчивую активность фоторецепторных клеток в ответ на свет. Далеко родственная изоформа TRP-канала, TRP-подобный канал (TRPL), была позднее идентифицирована в фоторецепторах дрозофилы, где она экспрессируется примерно в 10–20 раз ниже, чем белок TRP. Впоследствии была выделена мутантная муха *trpl*. Помимо структурных различий, TRP- и TRPL-каналы различаются по проницаемости для катионов и фармакологическим свойствам. TRP/TRPL-каналы несут исключительную ответственность за деполяризацию плазматической мембраны фоторецепторов насекомых в ответ на свет. При открытии этих каналов натрий и кальций входят в клетку по градиенту концентрации, что приводит к деполяризации мембраны. Изменения интенсивности света влияют на общее количество открытых TRP/TRPL-каналов и, следовательно, на степень деполяризации мембраны. Эти градиентные изменения напряжения распространяются на фоторецепторные синапсы с нейронами сетчатки второго порядка и далее в мозг. Важно отметить, что механизм фоторецепции у насекомых существенно отличается от механизма у млекопитающих. Возбуждение родопсина в фоторецепторах млекопитающих приводит к гиперполяризации мембраны рецептора, а не к деполяризации, как в глазу насекомого. У дрозофилы и, предположительно, у других насекомых, сигнальный каскад, опосредованный фосфолипазой C (PLC), связывает фотовозбуждение родопсина с открытием TRP/TRPL-каналов. Хотя многие активаторы этих каналов, такие как фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат (PIP2) и полиненасыщенные жирные кислоты (PUFA), были известны на протяжении многих лет, ключевой фактор, опосредующий химическую связь между PLC и TRP/TRPL-каналами, оставался загадкой до недавнего времени. Было обнаружено, что распад липидного продукта каскада PLC, диацилглицерола (DAG), под действием фермента диацилглицерол-липазы, генерирует PUFA, которые могут активировать TRP-каналы, тем самым инициируя деполяризацию мембраны в ответ на свет. Этот механизм активации TRP-каналов может быть хорошо сохранен в других типах клеток, где эти каналы выполняют различные функции.
Клиническое значение
Мутации в TRP-каналах связаны с нейродегенеративными расстройствами, скелетными дисплазиями и заболеваниями почек. Например, использование агонистов TRPV1 потенциально ингибирует ноцицепцию в TRPV1, особенно в тканях поджелудочной железы, где TRPV1 высоко экспрессирован. Агонист TRPV1, капсаицин, содержащийся в перце чили, показан для облегчения невропатической боли. Семейство ионных каналов TRPM особенно связано с раком предстательной железы, где TRPM2 (и его длинная некодирующая РНК TRPM2 AS), TRPM4 и TRPM8 сверхэкспрессируются при раке предстательной железы, связанном с более агрессивным течением. Показано, что TRPM3 способствует росту и аутофагии при почечно-клеточной карциноме с прозрачными клетками, TRPM4 сверхэкспрессируется при диффузной крупноклеточной B-клеточной лимфоме, связанной с худшей выживаемостью, в то время как TRPM5 обладает онкогенными свойствами при меланоме. TRP-каналы играют центральную роль в модуляции устойчивости к химиотерапии при раке молочной железы. Некоторые TRP-каналы, такие как TRPA1 и TRPC5, тесно связаны с лекарственной устойчивостью во время лечения рака; высокий приток Ca2+ через TRPC5 активирует фактор транскрипции NFATC3 (ядерный фактор активированных Т-клеток, цитоплазматический 3), который запускает транскрипцию p-гликопротеина (p gp). Сверхэкспрессия p gp широко признана основным фактором химиорезистентности в раковых клетках, поскольку он функционирует как активный насос для выведения различных чужеродных веществ, включая химиотерапевтические препараты, из клетки. Также наблюдается у мух *Drosophila melanogaster*. При более высоких концентрациях LPS активирует и другие члены семейства сенсорных TRP-каналов, такие как TRPV1, TRPM3 и в некоторой степени TRPM8. LPS распознается TRPV4 на эпителиальных клетках. Активация TRPV4 LPS была необходима и достаточна для индукции продукции оксида азота с бактерицидным эффектом.
История каналов Drosophila TRP
Первоначальный мутант TRP у дрозофилы был впервые описан Козенсом и Мэннингом в 1969 году как "мутантный штамм D. melanogaster, который, несмотря на положительный фототаксис в T-лабиринте при низкой освещенности, имеет нарушения зрения и ведет себя как слепой". Также было обнаружено аномальное электроретинографическое реагирование фоторецепторов на свет, которое было преходящим, а не устойчивым, как у "дикого типа". Личность мутировавшего белка оставалась неизвестной до тех пор, пока он не был клонирован Крейгом Монтеллом, постдокторантом в исследовательской группе Джеральда Рубина, в 1989 году, который отметил его предполагаемое структурное сходство с известными на тот момент каналами. Канал TRPL был клонирован и охарактеризован в 1992 году исследовательской группой Леонарда Келли. В 2013 году Монтелл и его группа показали, что катионный канал TRPL (TRP-подобный) является прямой мишенью для вкусовых веществ в вкусовых рецепторных нейронах и может быть обратимо подавлен.