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.

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.