Посещений:
ИОННЫЕ КАНАЛЫ СОМАТОСЕНСОРНЫХ НЕЙРОНОВ



Передача болевых, температурных, тактильных и других сенсорных сигналов. Участие фосфоинозитида

Phosphoinositide signaling in somatosensory neurons
Tibor Rohacs
Advances in Biological Regulation 61 (2016) 2e16

Somatosensory neurons of the dorsal root ganglia (DRG) and trigeminal ganglia (TG) are responsible for detecting thermal and tactile stimuli. They are also the primary neurons mediating pain and itch. A large number of cell surface receptors in these neurons couple to phospholipase C (PLC) enzymes leading to the hydrolysis of phosphatidylinositol 4,5- bisphosphate [PI(4,5)P2] and the generation of downstream signaling molecules. These neurons also express many different ion channels, several of which are regulated by phosphoinositides. This review will summarize the knowledge on phosphoinositide signaling in DRG neurons, with special focus on effects on sensory and other ion channels
Первичные соматосенсорные нейроны, обеспечивающие восприятие температуры и прикосновений, а также воспринимающие болевые стимулы, являются нейронами корешков дорсальных ганглиев (dorsal root ganglion (DRG)) и тройничного ганглия (trigeminal ganglion (TG)). Они являются псевдоуниполярными клетками; их периферические отростки передают нервные импульсы от кожи и мембран слизистых, а более короткие центральные отростки передают информацию в ЦНС. Нервные отростки аксонов DRG нейронов классифицируются на категории по диаметру и скорости проведения, не миелинированные С-волокна с самой медленной скоростью проведения ассоциируют с детекцией температуры и боли, миелированные Ad волокна ассоциируют с ощущениями боли и температуры, Ab волокна ассоциируют с механоощущениями, а Aa сенсорные волокна передают информацию от проприоцепторов.
Интенсивные механические и термальные стимулы возбуждают боль; это острая ноцицептивная боль является главным защитным механизмом против тканевых повреждений. Боль может стать хронической посредством двух общих механизмов: хроническое воспаление сенсибилизирует путь боли даже от не болевых стимулов и любые физические и химические повреждения нервов ведут к нейропатической боли. Хроническая боль является главной нерешенной проблемой (Basbaum et al., 2009). Кожные болезни и воздействие на кожу раздражающих веществ часто вызывают зуд, который также определяется с помощью DRG нейронов, и также является важной медицинской проблемой (Bautista et al., 2014).
Клеточные тела DRG и TG нейронов относительно легко выделить и они хорошо выживают в клеточной культуре, их можно охарактеризовать электро-физиологически с помощью техники фиксации потенциала (patch clamp). Периферические нервные окончания, где в действительности происходит физиологическое восприятие, не доступны для фиксации потенциала. Тогда как те нервные импульсы могут быть обнаружены, некоторые возникают в этих нервных окончаниях, при использовании, напр., кожно-нервных препаратов (Zimmermann et al., 2009), эти составные нервные сигналы не передают достаточно информации о вкладе индивидуальных типов ионных каналов. Наши знания об ионных каналах в сенсорных нейронах получены, благодаря электрофизиологической характеристике тел клеток, и мы полагаем, что сходный набор ионных каналов обнаруживается и в нервных окончаниях. Это предположение было подтверждено многими исследованиями по нокауту генов, когда делеция ионных каналов описывалась в телах клеток, и ожидаемые сенсорные фенотипические отклонения показывали, что ионные каналы присутствуют также и в нервных окончаниях.



Fig. 1. Phosphoinositide metabolism.

Сенсорные нейроны экспрессируют большие количества G-protein coupled receptors (GPCR-s), многие из которых связаны с энзимом phospholipase C (PLC) посредством белков Gq (Stone and Molliver, 2009). Наиболее известной первичной функцией этих рецепторов является сенсибилизация сенсорной системы к воспалению (Linley et al., 2010). Эта сенсибилизация ответственна за хорошо известный феномен тепловой гипералгезии и механической аллодинии, повышенной чувствительности к тепловым, холодовым и механическим стимулам во время воспаления (Linley et al., 2010). Gq-сцепленный с GPCR-s также играет важную роль в зуде (Liu and Dong, 2015). Кроме того, энзимы PLC могут быть также стимулированы с помощью притока Ca2+ через ионные каналы (Rohacs et al., 2005).
DRG и TG нейроны очень отличаются. Не существует одного нейрона, в котором бы все описанные ниже ионные каналы экспрессировались. Предложены различные подразделения периферических сенсорных нейронов (Basbaum et al., 2009). Одно из них базируется на анализе неискаженного принципиального компонента данных секвенирования РНК среди большого количества индивидуальных нейронов, подразделяющим мышиные DRG нейроны на 11 субпопуляций нейронов (Usoskin et al., 2015). 5 позитивных по нейрофиламентам субпопуляций соответствуют миелинированным низкого порога механорецепторам (NF1-3) и миелинированным проприоцепторам (NF4-5), 3 non-peptidergic популяции нейронов (NP1-3), соответствующих немиелинированным ноцицепторам и нейронам, ответственным за зуд и 2 peptidergic субпопуляции, соответствующие немиелинированным (PEP1) и слегка миелинированным (PEP2) peptidergic термочувствительным ноцицепторам. Крупная популяция, позитивная по tyrosine hydroxylase (TH), соответствует немиелинированным с низким порогом механорецепторам (Li et al., 2011). Огромное большинство GPCR-s и сенсорных ионных каналов преимущественно экспрессируется в NP и PEP группах и до некоторой степени в TH группе (Usoskin et al., 2015).

2. PLC-coupled GPCR signaling in sensory neurons


Рецепторы клеточной поверхности, которые связаны с белками Gq/G11, активируют энзимы PLCβ, которые гидролизуют PI(4,5)P2 в два классических вторичных мессенджера: inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3), который высвобождает Ca2+ из внутриклеточных хранилищ посредством соединения с IP3 рецептором (Mikoshiba, 2015) и diacylglycerol (DAG), который активирует Protein Kinase C (PKC) (Fig. 1). В соответствии с ролю этого пути в сенсибилизации боли, специфичная для ноцицепторов двойная делеция Gq и G11 снижает гиперчувствительность в моделях как воспалительной, так и нейропатической боли (Tappe-Theodor et al., 2012). На уровне РНК экспрессирующаяся на высшем уровне в DRG нейронах изоформа PLCβ это PLCβ3 (Thakur et al., 2014). Генетическая делеция этого энзима существенно снижает гистамином обуславливаемый зуд (Han et al., 2006). Ca2+ сигналы, индуцированные гистамином в DRG нейронах, были элиминированы у PLCβ3-/- мышей, но реакции на др. агонисты, такие как bradykinin или UTP оставались неизменными, указывая на присутствие и важность др. изоформ PLCβ. Изоформы PLCβ могут также располагаться в ядрах нейронов коры головного мозга, где они играют определённую роль, отличающуюся от их эффектов на плазматическую мембрану (Garcia del Cano et al., 2014), но эта область исследований в основном не исследована на периферических сенсорных нейронах.
DRG нейроны экспрессируют разнообразные GPCR-s, которые активируются с помощью медиаторов воспаления и многие из этих рецепторов связаны с энзимами Gq и PLCβ (Stone and Molliver, 2009). GPCR-s, которые активируют PLC в DRG нейронах, включают рецепторы bradykinin B2, purinergic P2Y рецепторы, chemokine рецепторы, prostaglandin рецепторы (EP1), lysophosphatidic acid (LPA) рецепторы и proteinase-activated (PAR) рецепторы. Как упоминалось ранее наиболее известной функцией этих рецепторов в DRG нейронах является сенсибилизация болевого пути. Примеры такой сенсибилизации обсуждаются по всему этому обзору.
Некоторые из наиболее высоко экспрессирующихся Gq, связанные с рецепторами в DRG нейронах, являются членами семейства Mas1-Related G protein coupled receptor (Mrgpr) (Liu and Dong, 2015). Тогда как эндогенные лиганды для некоторых из этих рецепторов пока неизвестны, Mrgpr-s участвуют в возникновении независимого от гистамина зуде (Liu and Dong, 2015). MrgprA3, как было установлено, активируются с помощью chloroquine, антималярийного лекарства, которое вызывает зуд в качестве побочного эффекта (Liu et al., 2009). Показано, что chloroquine-индуцированный зуд использует активацию TRPA1 каналов (Wilson et al., 2011). MrgprD, с др. стороны, активируется с помощью balanine, также вызывающего зуд (Liu et al., 2012). Активация Mrgprd с помощью β-alanine, как было установлено, ингибирует KCNQ каналы, которые также могут вносить вклад в усиление возбудимости нейронов (Crozier et al., 2007).

3. Changes in phosphoinositide levels upon GPCR activation


Поскольку стимуляция избыточно экспрессируемых Gq-coupled рецепторов обычно вызывает четкое снижение уровней phosphoinositide (Falkenburger et al., 2010; Borbiro et al., 2015), то стимуляция эндогенных рецепторов в разных типах клеток обнаруживает очень изменчивые реакции в отношении снижения PI(4,5)P2 (van derWal et al., 2001). Чтобы генерировать четкий IP3-индуцированный сигнал Ca2+, гидролиз относительно небольшой фракции PI(4,5)P2 достаточен, а уровни PI(4,5)P2 не обязательно существенно снижается во время стимуляции рецепторов. Неожиданно мало известно о динамике phosphoinositide в ответ на стимуляцию эндогенных Gq coupled рецепторов в периферических соматосенсорных нейронах. Было предположено, что bradykinin, т.к. он четко активирует PLC, не снижает уровни PI(4,5)P2 в DRG нейронах крыс (Liu et al., 2010). Авт. установили, что bradykinin вызывает транслокацию GFP-нагруженного PLCδ1-PH домена из плазматической мембраны в цитоплазму, феномен, часто интерпретируемый как истощение PI(4,5)P2. PLCδ1-PH домен соединяется с PI(4,5)P2 с высоким сродством и специфичностью, но он также связывает IP3, продукт активации PLC (Hirose et al., 1999). Поэтому обсуждается, до какой степени истощение и перемещение PI(4,5)P2 с помощью IP3 вносит вклад в транслокацию этой конструкции (van der Wal et al., 2001; Xu et al., 2003; Szentpetery et al., 2009). Когда используется GFP-нагруженный phosphoinositide связывающий домен tubby белка, который не связывается с IP3, (Quinn et al., 2008), то bradykinin не индуцирует значительную транслокацию (Liu et al., 2010), указывая, что bradykinin может не вызывать существенного снижения в уровне PI(4,5)P2. В раннем сообщении было установлено, что стимуляция Protease activated PAR-2 рецепторов вызывает транслокацию PLCδ1-PH домена из плазматической мембраны в цитоплазму, показывая, что PLC активация и потенциал снижают уровни PI(4,5)P2 (Linley et al., 2008).
В нашей работе мы установили, что при использовании той же самой tubby-GFP конструкции, использованной Liu et al., bradykinin вызывает небольшое, но достоверное снижение уровней PI(4,5)P2 в DRG нейронах мыши (Lukacs et al., 2013b). Это снижение было заметно меньше, чем вызываемое с помощью capsaicin, который активирует Ca2+ чувствительную PLC, скорее всего, PLCδ изоформу за счет стимуляции притока Ca2+ посредством TRPV1 каналов. Bradykinin, в отличие от capsaicin, не вызывает какого-либо снижения уровней PI(4)P, на что указывает флюоресценция, базирующаяся на сенсоре PI(4)P (Lukacs et al., 2013b). В то же время имеются некоторые количественные расхождения между двумя работами, они согласны, что bradykinin активирует PLC, но он только индуцирует небольшое (или не вызывает) снижение в уровнях PI(4,5)P2 (Liu et al., 2010; Lukacs et al., 2013b). Даже если DRG нейроны экспрессируют большое количество Gq coupled рецепторов, то эффекты др. эндогенных рецепторов на динамику phosphoinositide не были протестированы.

4. Activation of PLC by Ca2+ influx


Как упоминалось прежде активация TRPV1 каналов с помощью capsaicin в DRG нейронах приводит к мощному истощению PI(4,5)P2 и PI(4)P зависимым от притока Ca2+способом (Lukacs et al., 2013b). Capsaicin вызывает также формирование IP3, показывая, что механизм является активацией PLC (Lukacs et al., 2007). PLC-обусловленное истощение phosphoinositide играет важную роль в зависимой от Ca2+ десенсибилизации TRPV1 (Lukacs et al., 2013b). Приток Ca2+ через TRPM8, как было установлено, также истощает PI(4,5)P2 (Rohacs et al., 2005; Daniels et al., 2009) зависимым от Ca2+ способом, что сопровождается формированием IP3 (Yudin et al., 2011). Как и в случае TRPV1, Ca2+ -индуцированная активация PLC играет роль в десенсибилизации TRPM8 (Yudin and Rohacs, 2011). Деполяризация DRG нейронов с помощью 20 mM хлористого калия также вызывает истощение PI(4,5)P2 и PI(4)P в DRG нейронах, хотя и в меньшей степени, чем capsaicin (Lukacs et al., 2013b). Сигнал Ca2+, вызванный хлористым кальцием, также был меньше, чем тот, вызываемый с помощью capsaicin (Lukacs et al., 2013b).
Существует 13 изоформ PLC в геноме человека (Fukami et al., 2010). GPCRs активируют PLCβ1-4 посредством Gαq или Gβγ, а Receptor Tyrosine Kinases активирует PLCγ1 и PLCγ2. В то время как все изоформы PLC нуждаются в некотором Ca2+ для активности, PLCδ-s, но не PLCβs или PLCγs, активируются с помощью только Ca2+ (Allen et al., 1997). Недавно открытые PLCh1 и PLCh2 (Cockcroft, 2006), также как и специфичные для спермиев PLCζ оказываются высоко чувствительными к Ca2+, но эти изоформы не экспрессируются в DRG нейронах (Lukacs et al., 2013b; Thakur et al., 2014). PLCε РНК может быть обнаружена в целых DRG-s, но она в основном не экспрессируется в DRG нейронах (Thakur et al., 2014), поэтому наиболее вероятно, что изоформы, активируемые с помощью притока Ca2+ в DRG нейронах, являются PLCδs. PLCδ4, на уровне РНК экспрессируется в несколько раз выше в DRG нейронах, чем др. две PLCδ изоформы PLCδ3 и PLCδ1 (Lukacs et al., 2007; Hammer et al., 2010; Gerhold et al., 2013; Thakur et al., 2014). Соответственно, capsaicin-индуцированная десенсибилизация TRPV1 была снижена у PLCδ4-/- мышей, но эффект был довольно умеренным, подчеркивая возможный вклад др. изоформ PLC(δ) в истощение phosphoinositide.
Как упоминалось ранее, активация TRPV1 с помощью capsaicin вызывает значительно более сильное истощение phosphoinositides в DRG нейронах, чем стимуляция рецепторов брадикинина. Экспрессия рецепторов брадикинина в DRG нейронах взрослых мышей очень низкая, тогда как экспрессия TRPV1 находится на очень высоком уровне (Thakur et al., 2014), это может указывать на то, что различия обусловлены низкими уровнями экспрессии GPCR. Интересно, что активация TRPV1 была более эффективной в истощении phosphoinositide, чем в активации GPCR, когда TRPV1 экспрессируется совместно с мускариновыми M1 рецепторами и сенсорами phosphoinositide в клетках HEK293 (Borbiro et al., 2015). Различия между двумя стимулами были менее выражены, чем в DRG нейронах; capsaicin и carbachol вызывали сравнимое снижение PI(4,5)P2 даже, когда эффект capsaicin был быстрее и до некоторой степени более полным. Carbachol, с др. стороны, вызывал значительное меньшее снижение уровня PI(4)P, чем capsaicin (Borbiro et al., 2015). Неясно, почему Ca2+-индуцируемая активация PLCδ более эффективная, чем активация PLCβ в снижении уровней PI(4)P, т.к. большинство изоформ PLC предпочитают PI(4,5)P2 по сравнению PI(4)P, обсуждаются некоторые возможные сценарии (Lukacs et al., 2013b).
Phosphoinositides, особенно PI(4,5)P2 необходимы для активности многих разных ионных каналов (Suh and Hille, 2008; Logothetis et al., 2015). Т.о., сильное истощение phosphoinositides, вызываемое активацией TRPV1, скорее всего, влияет на активность др. ионных каналов. Соответственно, capsaicin, как было установлено, ингибирует несколько разных ионных каналов в DRG нейронах, и необходим для ингибирования KCNQ каналов (Zhang et al., 2011) и для ингибирования TRPA1 (Akopian et al., 2007) inclusion of PI(4,5)P2 in the whole cell patch pipette alleviated capsaicin-induced inhibition. В отношении ингибирования Voltage-gated Ca2+ каналов (Wu et al., 2006), P2X каналов (Stanchev et al., 2009), HCN каналов (Kwak, 2012) и для контролируемых напряжение Na+ каналов (Liu et al., 2001), роль phosphoinositides не проверялась. Локально capsaicin вызывает интенсивную жгучую боль, но парадоксально, он также используется как местный аналгетик, из-за десенсибилизации nociceptor нейронов, которая затрагивает множество процессов, включая десенсибилизацию самого канала и потенциально ингибирование др. ионных каналов (Szallasi and Blumberg, 1999).

5. Downstream signaling - Protein Kinase C (PKC)


PKC энзимы являются классическими серин треониновыми киназами с 10 членами в семейству у млекопитающих (Newton, 2010). Большинство из них активирует нижестоящие PLC с помощью DAG и обычные изоформы стимулируются также с помощью Ca2+. Различные изоформы PKC, как было установлено, участвуют в восприятии боли (Velazquez et al., 2007). PKCε привлекла наибольшее внимание; было показано, она участвует в термальной гипералгезии, обеспечиваемой с помощью bradykinin-индуцированной сенсибилизации чувствительных к высокой температуре и capsaicin TRPV1 каналов (Cesare et al., 1999). PKCε дефицитные мыши обнаруживают пониженную термальную и механическую гипералгезию, вызванную epinephrine, и избирательно ингибирующий PKCε пептид снижает как улучшенные устойчивые к TTX токи Na+, так и индуцированную carrageenan гипералгезию у крыс (Khasar et al., 1999). Др. изоформы PKC также могут играть роль в сенсибилизации адекватным способом. Делеция PKCβ, PKCγ или PKCδ, но не PKCα, ослабляет термальную гипералгезию, вызванную инъекцией complete Freund's adjuvant (CFA) (Zhao et al., 2011). Механическая аллодиния, вызываемая CFA, или чувствительное к боли поведение, вызываемое формалином, с др. стороны, не затрагивалось делецией PKCβ, PKCγ или PKCδ, или PKCα (Zhao et al., 2011), подчеркивая потенциальное зависимое от способа участие различных изоформ PKC в сенсибилизации DRG нейронов.

6. Ion channels primarily activated by PLC signaling


Активация PLC приводит не только к высвобождению Ca2+ из внутриклеточных хранилищ и к активации PKC. Нижестоящие пути передачи сигналов также активируют ионные каналы в плазматической мембране.

6.1. Store-operated orai1 channels


Orai1 каналы являются Ca2+-избирающими ионными каналами, активируемыми с помощью IP3-вызываемого истощения хранилищ Ca2+ в эндоплазматическом ретикулуме (ER), которое возникает во время активации PLC (Putney, 2007). Мутации потери функции orai1 вызывают тяжелый иммунодефицит у человека за счет вмешательства в функцию лимфоцитов (Feske et al., 2006). Orai1 активируется с помощью в ER мембране присутствующего белка STIM1, который образует кластеры в ответ на истощение Ca2+ и активирует orai1 за счет непосредственного взаимодействия через свой CAD домен (Park et al., 2009). И orai1, и STIM1 экспрессируются в DRG нейронах и оперирующие с хранением Ca2+ токи могут быть обнаружены в этих клетках (Gemes et al., 2011). Кроме того, зависимое от хранилищ поступление Ca2+ увеличивается в моделях повреждений аксонов (Gemes et al., 2011). Эти измерения были осуществлены на изолированных телах клеток из DRG нейронов, в которых присутствовал ER. Было также показано, что нервные кончики свободных нервных окончаний в коже содержат аксональный ретикулум, эквивалент ER, делающий возможным функционирование Ca2+ каналов, оперирующих с хранилищами, не только в теле клетки, но и в кончиках нервов (Kruger et al., 2003). Интересно, что высокая температура выше 35Cо, как было установлено, вызывает образование кластеров STIM1 и активацию store operated поступления Ca2+ (Xiao et al., 2011). Поскольку роль оперирующих с хранилищами orai1 каналов, связанная с периферическими сенсорными функциями, далека от ясности, было показано, что блокатор store-operated каналов оказывает существенные аналгетические эффекты; но это может быть обусловлено ингибированием orai1 каналов в дорсальных рогах спинного мозга (Xia et al., 2014).
Store operated поступление Ca2+ и функция orai1 испытывают позитивное влияние со стороны phosphoinositides разными способами. Из многих оснований регион STIM1 может взаимодействовать с phosphoinositides и было показано, что даже посредством phosphoinositides несущественно, что они вносят вклад в накопление STIM1 в ERePM соединениях (Walsh et al., 2010). В др. исследовании было установлено, что истощение PI(4,5)P2 и PI(4)P с использованием PI4K ингибиторов, но не избирательное истощение PI(4,5)P2 с использованием индуцибельной 5-phosphatase, ингибирует store operated поступление Ca2+ (Korzeniowski et al., 2009; Cao et al., 2015).

6.2. TRPC-channels


Все TRPC каналы активируют нижестоящие PLC (Putney, 2004). TRPC3, TRPC6 и TRPC7 непосредственно активируются с помощью DAG, эффект независимый от PKC, но механизм активации остальных членов семейства не выяснен до конца (Putney and Tomita, 2011; Rohacs, 2013). TRPC каналы являются повсеместно экспрессируемыми, при этом большинство типов клеток обладает множественными изоформами. DRG нейроны не являются исключением, некоторые члены семейства TRPC присутствуют в них, при этом TRPC3 РНК экспрессируется на особенно высоких уровнях (Gerhold et al., 2013; Vandewauw et al., 2013; Thakur et al., 2014). Соотв., применение oleylacylglycerol (OAG), аналога DAG, вызывает четкие Ca2+ сигналы в DRG нейронах (Kress et al., 2008). TRPC3, как полагают, обеспечивает передачу сигналов Ca2+ и ионных токов, возбуждаемых с помощью IgG иммунных комплексов в DRG нейронах крыс (Qu et al., 2012). Также нокдаун TRPC3, как было установлено, ингибирует передачу сигналов Ca2+, возбуждаемых с помощью UTP, или активацию proteinase активируемых рецепторов (Alkhani et al., 2014). Поскольку роль PLC-активируемых TRPC токов в DRG нейронах пока не установлена, было показано, что повреждения нервов активируют TRPC4 в DRG-s крыс (Wu et al., 2008). В др. статье сообщается о подавлении TRPC3, 4 и 5 при повреждениях нервов у модельных крыс (Staaf et al., 2009). Фактор роста нервов, как было установлено, регулирует уровень экспрессии TRPC3 (Luo et al., 2007). TRPC3 и TRPC6 также являются прекрасными кандидатами, активируемыми с помощью Mrgpr рецепторов; показано, напр., что в TRPA1 негативных DRG нейронах, chloroquine-индуцированные Ca2+ сигналы ингибируются с помощью антагонистов TRPC каналов (Than et al., 2013).
Две дополнительные функции TRPC каналов были предположены в DRG нейронах, которые не зависят от PLC-обусловленной активации. Различные TRPC каналы, как было установлено, активируются механически, но, по крайней мере, для TRPC1 иr TRPC6 это считается спорным (Gottlieb et al., 2008). TRPC1, как полагают, является активируемым натяжением ионным каналом (Maroto et al., 2005), и играет также роль в ощущении легких прикосновений (Garrison et al., 2012). TRPC6, как полагают, активируется с помощью натяжения мембраны (Spassova et al., 2006). Комбинированная делеция TRPC3 и TRPC6 вызывает дефицит легких прикосновений (Quick et al., 2012), этот дефицит, однако, довольно умеренный, особенно по сравнению с почти полной потерей ощущения легких прикосновений, вызываемой делецией каналов piezo2 в DRG нейронах и клетках кожи (Ranade et al., 2014).
TRPC5 экспрессируется в DRG нейронах и , как известно, является чувствительным к холоду, и, как полагают, играет роль в восприятии пагубного влияния холодных температур (Zimmermann et al., 2011). TRPC5-/- мыши, однако, не обнаруживают существенного поведенческого дефицита в ответ на холод, возможно из-за компенсации с помощью др. чувствительных к холоду ионных каналов (Zimmermann et al., 2011). Большинство др. исследовании, однако, выявили очень низкие уровни РНК для TRPC5 по сравнению с TRPC3 в DRG неронах (Gerhold et al., 2013; Vandewauw et al., 2013; Thakur et al., 2014).
Phosphoinositides регулируют TRPC каналы сложным способом. Короче, выявляемая картина укащзывает, что TRPC каналы, подобно большинству остальных TRP каналов, нуждаются в PI(4,5)P2 для оптимального функционирования, а значительная деплеция этого липида ограничивает их активность (Imai et al., 2012; Itsuki et al., 2014). PI(4,5)P2 может также оказывать дополнительный негативный эффект на некоторые TRPC каналы (Trebak et al., 2009), помощь от этого во время активации PLC может в принципе вносить вклад в их активацию (Rohacs, 2014).

6.3. Calcium-activated chloride channels (ClCa)


ClCa каналы кодируются членами семейства TMEM16; первым членом, который был охарактеризован является TMEM16A (Schroeder et al., 2008), известен также, как Anoctamin1 или Ano1 (Yang et al., 2008). Cl- каналы обычно подавляющие, но в DRG нейронах они возбуждающие, поскольку полная смена потенциала Cl- является более позитивной, чем мембранный потенциал покоя, благодаря его относительно высокой внутриклеточной концентрации (Liu et al., 2010). Ano1 экспрессируется в DRG нейронах и показано, что брадикинин вызывает его возбуждающий эффект на DRG нейроны путем активации Ano1 и ингибирования напряжением управляемых vKCNQ K- каналов (Liu et al., 2010). Показано, что Ano1 избирательно активируется с помощью Ca2+ сигналов, вызываемых стимуляцией GPCR, по сравнению с притоком Ca2+, посредством напряжением контролируемых Ca2+ каналов, из-за совместной локализации рецепторов с Ano1 (Jin et al., 2013). Приток Ca2+ посредством TRPV1 также активирует Ano1, внося вклад в деполяризацию, вызываемую capsaicin (Takayama et al., 2015). Ano1, как сообщалось, ингибируется с помощью PI(4,5)P2 (Pritchard et al., 2014), эффект, который может потенциально вносить в его активацию с помощью брадикинина или capsaicin. др. статье, однако, не было найдено эффекта разных вмешательств, которые влияют на метаболизм phosphoinositide и тем самым на активность Ano1 (Tian et al., 2013). Ano1, как полагают, является сенсором пагубного влияния высокой температуры (Cho et al., 2012).

7. PI3K signaling in DRG neurons


DRG нейроны также экспрессируют Receptor Tyrosine Kinases, такие как Nerve Growth Factor (NGF) рецептор. NGF оказывает трофические эффекты на неонатальные и плодные DRG нейроны и играет важную роль в их развитии. NGF также вызывает острые эффекты, способствующие воспалению, напр., сенсибилизирует TRPV1 каналы, которые, как полагают, запускаются путем активации PLC и истощения PI(4,5)P2 (Chuang et al., 2001). Позднее, однако, в некоторых работах пришли к заключению, что острая потенциация с помощью NGF обеспечивается посредством повышенного трафика TRPV1 белка зависимым от PI3K способом (Bonnington and McNaughton, 2003; Zhang et al., 2005; Stein et al., 2006).

8. Ion channels in sensory neurons


Сенсорные нейроны реагируют на механические, химические или термальные стимулы. Первичным результатом периферических отростков DRG нейронов является генерация потенциалов действия, которые в конечном итоге запускают высвобождение глютамата в центральных окончаниях, чтобы стимулировать вторичные нейроны в дорсальных рогах спинного мозга. Ионные каналы, которые генерируют эти электрические сигналы в первичных сенсорных нейронах могут быть грубо подразделены на две категории: сенсорные и не сенсорные ионные каналы. Не сенсорные ионные каналы, которые обеспечивают остаточный потенциал мембраны, генерируют потенциал действия и инициируют высвобождение трансмиттера, так что фоновые K+ каналы, эл. напряжением контролируемые Na+, K+ and Ca2+ каналы не являются специфическими для DRG нейронов. Сенсорные ионные каналы, которые реагируют на термальные, химические или механические стимулы и инициируют потенциалы действия путем деполяризации клеточной мембраны, часто специфически экспрессируются в сенсорных нейронах. Многие сенсорные ионные каналы принадлежат к семейству Transient Receptor Potential (TRP) (Clapham, 2003), но не все сенсорные каналы являются TRPs, и не все TRPs являются сенсорными (Wu et al., 2010). Сенсорные каналы часто многомодальные и могут быть активированы множественными стимулами. Это подразделение используется дидактически, т.к. иногда не сенсорные каналы могут модулироваться с помощью температуры или механических сил (Maingret et al., 2000; Hao et al., 2013).

9. Sensory TRP channels


Регуляция TRP каналов с помощью PLC пути (Rohacs, 2013), с помощью phosphoinositides (Rohacs, 2014) и с помощью GPCR-s в целом (Veldhuis et al., 2015) уже рассматривалась недавно.

9.1. TRPV1


TRPV1 является высокой температурой и capsaicin активируемым ионным каналом; он, по-видимому, наиболее интенсивно исследовался (Bevan et al., 2014). Его роль в качестве физиологического сенсора высокой температуры иногда оспаривается (Dhaka et al., 2006), но очень хорошо известно, что он важен для термальной гипералгезии (Vriens et al., 2014b). Термальная гипералгезия обусловливается сенсибилизацией TRPV1 с помощью медиаторов воспаления, таких как брадикинин или простагландины. Сенсибилизация обусловливает сдвиг в кривой активации канала высокой температурой, capsaicin и низким внеклеточным pH, это означает, что эти стимулы легче открывают канал. Роль PKC в острой сенсибилизации TRPV1 хорошо известна (Numazaki et al., 2002; Bhave et al., 2003; Lukacs et al., 2013b). Истощение PI(4,5)P2 и облегчение от подавления с помощью этого липида, как полагают, играет роль в острой сенсибилизации (Chuang et al., 2001; Cao et al., 2013), но этот эффект, по-видимому, дополнителен по отношению к PKC (Lukacs et al., 2013b), и до некоторой степени противоречив (Rohacs, 2015).
Активность TRPV1 как и у большинства др.TRP каналов зависит от присутствия phosphoinositides (Stein et al., 2006; Lukacs et al., 2007, 2013a; Klein et al., 2008; Poblete et al., 2014), главным образом от PI(4,5)P2, с потенциальным вкладом PI(4)P в клеточный контекст (Rohacs, 2014). Эти каналы подвергаются десенсибилизации во время продолжительного воздействия capsaicin. Некоторые отличающиеся зависимые от Ca2+ механизмы, такие как calmodulin (Numazaki et al., 2003; Rosenbaum et al., 2004; Lishko et al., 2007) и calcineurin (Docherty et al., 1996; Mohapatra and Nau, 2005), как полагают, играют роль в десенсибилизации, но истощение PI(4,5)P2 и PI(4)P с помощью Ca2+-индуцированной активации PLC всплывает как ключевой механизм (Liu et al., 2005; Lishko et al., 2007; Lukacs et al., 2007, 2013b; Rohacs, 2015).

9.2. TRPV2


TRPV2 первоначально был описан как сенсор пагубного воздействия высокой температуры (Caterina et al., 1999). TRPV2 РНК экспрессируется в DRG нейронах на высоком уровне (по сравнению с экспрессией TRPV1) (Gerhold et al., 2013; Vandewauw et al., 2013; Thakur et al., 2014), и TRPV2 белок также определяется в средних и крупных DRG нейронах (Caterina et al., 1999). Интересно, что мыши, лишенные этого канала, обладают нормальным восприятием тепла (Park et al., 2011), но они более чувствительны к перинатальной гибели и обнаруживают нарушения фагоцитоза макрофагами (Link et al., 2010). Активность TRPV2 зависит от PI(4,5)P2, а его истощение, как полагают, играет роль в десенсибилизации к его химическому агонисту 2-APB в системе экспрессии (Mercado et al., 2010). Недавно было предположено, что TRPV2 является внутриклеточным ионным каналом, активируемым с помощью NGF, играющим роль в росте нейритов (Cohen et al., 2015).

9.3. TRPV3


TRPV3 был идентифицирован как сенсор умеренных повышенных температур в кератиноцитах (Peier et al., 2002b; Xu et al., 2002). Этот канал часто рассматривается как thermo-TRP, но он по существу не экспрессируется в DRG нейронах (Gerhold et al., 2013; Vandewauw et al., 2013; Thakur et al., 2014; Vriens et al., 2014b). В то время как первоначальные исследования предположили участие этого канала в поведенческих реакциях на повышенные температуры, этот эффект существенно зависел от генетического фона и пола (Vriens et al., 2014b). Наиболее вероятная физиологическая роль TRPV3 связана с регуляцией развития кожи и волос (Nilius et al., 2014). В соответствии этой идее, мыши, лишенные TRPV3, имели поврежения в формировании кожного барьера и вьющиеся волосы (Cheng et al., 2010), тогда как люди с мутациями избыточной функции TRPV3 обнаруживали синдром Olmsted, характеризующийся аномалиями кожи и волос, ладонно-подошвенными и periorificial кератомами, алопецией и сильным зудом (Lin et al., 2012). TRPV3, как было установлено, негативно регулируется с помощью PI(4,5)P2 (Doerner et al., 2011).

9.4. TRPV4


TRPV4 механически активируемый ионный канал, играющий важную роль в осмосенсации (Liedtke and Friedman, 2003). В противоположность быстрой и предположительно прямой активации piezo каналов с помощью натяжения мембраны, активация TRPV4 с помощью осмотического набухания медленная и предположительно осуществляется посредством липидных медиаторов, генерируемых с помощью phospholipase A2 и cytochrome P450 epoxygenase (Vriens et al., 2004). Этот канал активируется также с помощью высокой температуры посредством механизма, отличающегося от вызываемого припуханием (Vriens et al., 2004). TRPV4, как полагают, регулируется с помощью PI(4,5)P2 как позитивно (Garcia-Elias et al., 2013) , так и негативно (Takahashi et al., 2014). Мутации в TRPV4 вызывают болезнь человека с внезапным разнообразием проявлений, включая дисплазию скелета и дегенерацию двигательных нейронов (Nilius and Voets, 2013). TRPV4 активируется также умеренными повышенными температурами, но, по-видимому, не играет существенной роли в тепловых ощущениях (Vriens et al., 2014b). TRPV4 экспрессируется у взрослых мышей в DRG нейронах на очень низких уровнях по сравнению с др. сенсорными TRP каналами (Thakur et al., 2014; Vriens et al., 2014b).

9.5. TRPM3


TRPM3 является высокой температурой активируемым каналом, экспрессирущимся в DRG нейронах, где он, как полагают, играет роль как сенсор пагубного температурного воздействия (Vriens et al., 2011). Подобно большинству термальных TRP каналов, TRPM3 также имеет химические активаторы, наиболее часто использующие pregnenolone sulfate (Wagner et al., 2008). Clotrimazole, если применяется совместно с pregnenolone sulfate, открывает альтернативный путь проницаемости с иными свойствами поры (Vriens et al., 2014a). Активность TRPM3 канала, индуцируемая с помощью pregnenolone sulfate в гетерологичных системах экспрессии, как было установлено, нуждается в присутствии PI(4,5)P2 (Badheka et al., 2015; Toth et al., 2015). Для понимания регуляции TRPM3 с помощью передачи сигналов phosphoinositide в DRG нейронах необходимы дальнейшие исследования.

9.6. TRPM8


TRPM8 является холодом и метанолом активируемым ионным каналом, экспрессирующимся в DRG и TG нейронах (McKemy et al., 2002; Peier et al., 2002a). Генетическая делеция этого канала у мышей четко и однозначно изменяет чувствительность к умеренным холодным температурам (Bautista et al., 2007; Colburn et al., 2007; Dhaka et al., 2007). TRPM8, как было установлено, нуждается в PI(4,5)P2 для активности как клеточных системах (Liu and Qin, 2005; Rohacs et al., 2005; Varnai et al., 2006; Daniels et al., 2009), так и в плоскостном липидном бислое (Zakharian et al., 2009, 2010; El-Arabi et al., 2012), демонстрируя, что липид является непосредственным активатором этих каналов. В присутствии внеклеточного Ca2+, активность TRPM8 снижается во время непрерывной стимуляции с помощью ментола или холода (McKemy et al., 2002), феномен, наз. десенсибилизацией или адаптацией. Ca2+-индуцированная активация PLC, как было установлено, играет важную роль в этом феномене (Rohacs et al., 2005; Daniels et al., 2009; Yudin et al., 2011). Наиболее обильно экспрессируется чувствительная к Ca2+ изоформа PLC в DRG нейронах - это PLCδ4 (Lukacs et al., 2013b), и недавно было показано, что небольшие TRPM8 позитивные DRG нейроны у PLCδ4-/- мышей обнаруживают более крупные холодом и ментолом-индуцированные токи и животные более чувствительны к парообразующему холоду (Yudin and Rohacs, 2015), демонстрируя важность PLCδ4 в регуляции TRPM8 in vivo.

9.7. TRPA1


TRPA1 первоначально был описан как сенсор пагубной холодной температуры (Story et al., 2003), но его регуляция с помощью холода спорна (Jordt et al., 2004; Bautista et al., 2006; Kwan et al., 2006; Karashima et al., 2009) и может зависеть от вида (Chen et al., 2013), см. более детальный обзор по TRPA1 (Vriens et al., 2014b; Zygmunt and Hogestatt, 2014). TRPA1 - это хорошо известный сенсор вредных химических воздействий, активируется с помощью горчичного масла, акролеина, формальдегида и многих др. соединений в основном с помощью ковалентных модификаций (Jordt et al., 2004; Macpherson et al., 2007). Этот канал выполняет важные роли не только в DRG нейронах, но и также в сенсорных нервах, выполняя важные роли в детекции раздражающих веществ (Bessac et al., 2008). Как упоминалось ранее, TRPA1 участвует также в вызываемом chloroquine зуде, посредством активации с помощью Gq-сцепленных MrgprA3 рецепторов (Wilson et al., 2011).
Phosphoinositides, как полагают, регулируют этот канал, но картина противоречива как и с активацией холодом (Rohacs, 2014). Предполагаются как активирующие (Karashima et al., 2008), так и ингибирующие эффекты (Kim et al., 2008) PI(4,5)P2, но канал не ингибируется с помощью rapamycin-inducible 5-phosphatase (Wang et al., 2008), а очищенные восстановленные каналы активные без PI(4,5)P2 или др. отрицательно заряженных липидов в плоскостных липидных бислоях, вызывают сомнения относительно зависимости от phosphoinositide (Moparthi et al., 2014). Активация TRPV1 с помощью capsaicin, с др. стороны, ингибирует TRPA1 и inclusion of PI(4,5)P2 in the patch pipette alleviated this effect, подтверждая зависимость от PI(4,5)P2 (Akopian et al., 2007). Брадикинин, как было установлено, также потенциирует активность TRPA1 (Bandell et al., 2004).

10. Ligand activated and chemosensitive ion channels


Большинство термочувствительных TRP каналов обладало химическими активаторами и TRPA1 четко функционирует как сенсор вредных химических соединений.

10.1. P2X-ATP receptors


Внеклеточный АТФ является важной сигнальной молекулой, играющей роль во многих клеточных процессах. АТФ действует или на G-белок, сцепленный с P2Y рецепторами, или непосредственно активирует P2X не избирательные катионные каналы. Доминантная изоформа P2X, экспрессируемая в DRG нейронах, является P2X3, со значительной экспрессией P2X2 и P2X4 (Thakur et al., 2014).
АТФ может быть высвобожден из клеток посредством транспорта белков через плазматическую мембрану, таких как pannexins или CALHM каналы (Taruno et al., 2013). Кератиноциты, напр., могут высвобождать АТФ посредством коннексиновых полуканалов (Barr et al., 2013) и тепловой активации TRPV3 в кератиноцитах, чтобы передавать информацию с помощью высвобождения АТФ (Mandadi et al., 2009), это мнение согласуется со снижением чувствительности к не вредным тепловым воздействиям у P2X3-/- мышей (Souslova et al., 2000). АТФ может также высвобождаться из поврежденных клеток неспецифическим способом, а P2X3-/- мыши обнаруживают снижение реакции на формалином индуцируемую боль. Реакции на вредные температурные воздействия и механические стимулы оставались, однако, нормальными у P2X3-/- мышей, но животные обнаруживали при этом снижение воспалительной гипералгезии (Souslova et al., 2000).
Несколько изоформ P2X, как было установлено, нуждаются в PI(4,5)P2 и ингибируются с помощью истощения PI(4,5)P2 (Fujiwara and Kubo, 2006; Bernier et al., 2008a, 2008; Bernier et al., 2013). Показано, что в DRG нейронах крыс активация с Gq-сцепленных P2Y2 рецепторов ингибирует P2X3 посредством истощения PI(4,5)P2 (Mo et al., 2013). Capsaicin также ингибирует P2X3 в клетках, экспрессирующих TRPV1 (Stanchev et al., 2009) и в DRG нейронах крыс (Piper and Docherty, 2000), но участие phosphoinositides не было проверено.

10.2. Acid sensing ion channels (ASIC)


ASIC каналы являются удаленными родственниками Epithelial Na+ channels (ENaC). Они активируются с помощью внеклеточной ацидификации и они экспрессируются в DRG нейронах, но их роль в функции восприятия противоречива (Wemmie et al., 2013). Несмотря на хорошо задокументированную регуляцию родственного ENaC семейства с помощью phosphoinositides (Pochynyuk et al., 2008), нет сообщений о phosphoinositide регуляции ASIC каналов.

11. Mechanosensitve ion channels


DRG нейроны, как было установлено, обладают механически активируемыми (mechanically activated (MA)) токами с разной кинетикой инактивации и адаптации (Hu and Lewin, 2006; Hao and Delmas, 2010; Rugiero et al., 2010). Молекулярные характеристики этих ионных каналов были загадочными вплоть до недавнего времени (Sachs, 2010). TRPA1, TRPV4 и ASICS, как было предположено ранее играют роль, но данные были противоречивы (Arnadottir and Chalfie, 2010; Sachs, 2010). Недавно идентифицированные Piezo2 ионные каналы являются хорошо подходящими молекулярными экземплярами Rapidly Adapting MA тока в DRG нейронах(Coste et al., 2010), но белки, которые обеспечивают Slowly and Intermediate Adapting MA ток, пока не идентифицированы.

11.1. Piezo2


Piezo 2 и его близкий родственник Piezo1 являются bona fide механочувствительными ионными каналами, генерирующими значительные механически индуцируемые токи ионов, когда экспрессируются в гетерологических системах (Volkers et al., 2014). Генетическое истощение Piezo2 в DRG нейронах и клетках Merkel приводит к выраженной потере ощущений мягких прикосновений у мышей (Ranade et al., 2014). Piezo2 токи, как было установлено, потенциируются с помощью активации рецепторов брадикинина с вовлечением PKC (Dubin et al., 2012). Быстро адаптирующийся MA ток в DRG нейронах также усиливается за счет активации P2Y рецепторов с помощью внеклеточных УТФ и АТФ (Lechner and Lewin, 2009). Активация TRPV1 с помощью capsaicin, с другой стороны, приводит к выраженному подавлению Piezo2 токов в DRG нейронах, экспрессирующих TRPV1 и Piezo2. Это подавление было воспроизведено как в случае гетерозиготно экспрессируемых Piezo1 и Piezo2, так и в случае, когда эффект был облегчен с помощью включения или PI(4,5)P2 или PI(4)P в patch pipette (Borbiro et al., 2015).

12. Ion channels involved in setting the resting membrane potential, generation of action potentials and transmitter release


12.1. Two-pore (2P) Kю channels


2P K- каналы, также наз. фоновыми K- каналами, поскольку они постоянно открыты, тем самым они являются важными детерминантами остаточного потенциала мембран (Enyedi and Czirjak, 2010). Эти каналы также регулируются с помощью большого количества факторов, включая температуру (Maingret et al., 2000), механические силы (Honore et al., 2006) и различные сигнальные пути (Enyedi and Czirjak, 2010). Изменения в активности 2P каналов могут влиять на мембранный потенциал покоя, приводя к повышению или снижению возбудимости. Некоторые 2P каналы экспрессируются в сенсорных нейронах (Thakur et al., 2014) и 2P каналы, как было установлено, вносят существенный вклад в остаточный мембранный потенциал в этих клетках (Du et al., 2014). Генетическая делеция TREK-1 (KCNK2) приводит к усилению чувствительности к механическим стимулам и к вызывающим боль высоким температурам (Alloui et al., 2006). TREK-1 позитивно - это модулируемый с помощью высоких температур канал и предполагается, что закрытие фонового канала после охлаждения указывает на его роль в холодовой трансдукции (Viana et al., 2002), но TREK-1-/- мыши обнаруживают нормальную чувствительность к холоду (Alloui et al., 2006). TRESK (KCNK18) (Czirjak et al., 2004) также экспрессируется в DRG нейронах (Dobler et al., 2007), а его подавление с помощью hydroxy-alpha-sanshool, как полагают, ответственно за покалывание острого Szechuan peppers (Bautista et al., 2008). Интересно, что функциональный нокаут TRESK каналов у мышей не вызывает изменений остаточного мембранного потенциала в DRG нейронах, но он увеличивает клеточную возбудимость (Dobler et al., 2007). Показано, что при перерезке периферических частей аксонов TRESK каналы подавляются и это вносит вклад в повышение возбудимости (Tulleuda et al., 2011).
TASK, TREK-1 и TRAAK каналы, как полагают, регулируются с помощью PI(4,5)P2 (Chemin et al., 2005; Lopes et al., 2005), но их ингибирование с помощью PLC сцепленных агонистов, как было установлено, обеспечивается с помощью непосредственного связывания с Gq субъединицами скорее, чем с истощением PI(4,5)P2 (Chen et al., 2006). Недавно было предположено, что с PLC-сцепленные агонисты ингибируют TASK канал посредством DAG (Wilke et al., 2014). Нам неизвестны какие-либо данные по регуляции 2P каналов с DRG нейронах с помощью передачи сигналов phosphoinositide.

12.2. Voltage gated K- channels


Напряжением управляемые K- (Kv) каналы являются наиболее разнообразным сверхсемейством ионных каналов (Yu and Catterall, 2004), а DRG нейроны экспрессируют многие разные Kv-s (Du and Gamper, 2013; Thakur et al., 2014). KCNQ (Kv7.x) каналы обеспечивают M-токи, которые, как хорошо известно, зависят от PI(4,5)P2 и регулируются с помощью изменений в уровнях phosphoinositide (Suh and Hille, 2002; Zhang et al., 2003). KCNQ каналы активируются низким эл. напряжением и вносят вклад в становление остаточного мембранного потенциала в DRG нейронах (Du et al., 2014), поэтому их ингибирование оказывает существенный эффект на клеточную возбудимость.
KCNQ2 (Kv7.2) является лавным KCNQ транскриптом в DRG нейронах, он в основном экспрессируется в малого диаметра нейронах, и уровень его экспрессии снижается после повреждения нерва, что вносит вклад в повышение возбудимости при нейропатической боли (Rose et al., 2011). Активация proteinase-активируемых PAR-2 рецепторов, как было установлено, снижает KCNQ обеспечиваемые M-токи в DRG нейронах и это подавление нуждается в истощении PI(4,5)P2 и в повышении цитоплазматического Ca2+ (Linley et al., 2008). Брадикинин также подавляет M-токи в DRG нейронах (Liu et al., 2010). Как упоминалось ранее, chloroquine также ингибирует KCNQ каналы посредством активации MrgprA3 рецепторов зависимым от PLC способом (Crozier et al., 2007). Наконец, активация TRPV1 с помощью capsaicin ингибирует KCNQ каналы за счет истощения PI(4,5)P2 (Zhang et al., 2011).

12.3. Voltage gated Na+ (VDNaC) channels


VDNaC каналы генерируют повышение потенциалов действия; они являются мишенями для локальных анестетиков, таких как lidocaine, а мутации в некоторых из них вызывают синдромы с неспособностью ощущать боль (Waxman and Zamponi, 2014). Пока нет данных о чувствительности к phosphoinositide VDNaC каналов и очень мало известно о регуляции этого пути. Capsaicin, как было установлено, ингибирует VDNaC в TG нейронах и степень подавления пропорциональна направленному внутрь току, вызываемому с помощью capsaicin, но роль передачи сигналов phosphoinositide не исследовалась (Liu et al., 2001). Стимуляция NK-1 рецепторов, как известно, усиливает активность tetrodotoxin-resistant Nav1.8 канала в малого диаметра DRG нейронах способом, зависимым от PKCε, эффект, который может вносить вклад в воспалительную гипералгезию (Cang et al., 2009).

12.4. Voltage gated Ca2+ channels (VGCC)


Классическая характеризация VGCC на T, N и L-тип базируется на работах с DRG нейронами (Nowycky et al., 1985). Беспристрастное высоко производительное секвенирование РНК, демонстрирующее уровни экспрессии Cav2.2 (N-type), Cav1.2 (L-type), Cav3.2 и 3.3 (T-type) в DRG нейронах (Thakur et al., 2014). N-типа VGCC, как было установлено, нуждаются в PI(4,5)P2 для активности (Wu et al., 2002; Gamper et al., 2004; Suh et al., 2010; Gamper and Rohacs, 2012). Cav1.2 и Cav1.3 L-тип каналы частично ингибируются с помощью истощения PI(4,5)P2, но T-типа каналы не затрагиваются (Suh et al., 2010).
N-типа VGCC , как известно, быстро ингибируются с помощью Gi-сцепленных GPCR-s посредством Gβγ субъединиц . Активация с Gq сцепленных рецепторов, однако, также вызывает медленное подавление этих каналов посредством истощения PI(4,5)P2 в клетках верхних шейных ганглиев (Gamper et al., 2004). N-типа VGCC в DRG нейронах ингибируются с помощью двух разных Gq сцепленных рецепторов: MrgprC (Li et al., 2014) и purinergic P2Y рецепторов (Gerevich et al., 2004). Роль истощения phosphoinositide, однако, не была изучена ни в одном из этих случаев. Известно несколько сообщений, показавших, что capsaicin ингибирует VGCC в TRPV1 позитивных DRG нейронах (Bleakman et al., 1990; Hagenacker et al., 2005; Wu et al., 2005, 2006; Docherty et al., 1991; Comunanza et al., 2011), но роль передачи сигналов phosphoinositide не исследовалась ни в одной из работ. Учитывая четкую зависимость N-type каналов от PI(4,5)P2 и сильное истощение PI(4,5)P2 , вызываемое с помощью активации TRPV1 (Lukacs et al., 2013b), этот механизм вполне осуществим, по крайней мере, для ингибирования N-type каналов.

12.5. Hyperpolarization-activated cyclic Nucleotide-gate (HCN) channels


HCN каналы обнаруживаются в нейронах и др. возбудимых тканях, которые вызывают потенциалы действия ритмически. HCN1 и HCN2 каналы экспрессируются в DRG нейронах (Acosta et al., 2012), HCN2, как было установлено, играет роль в механической, но не тепловой гипералгезии при хроническом воспалении (Schnorr et al., 2014), а уровни HCN2 повышались после перерезки аксонов (Smith et al., 2015). Capsaicin, как было установлено, ингибирует HCN каналы в TRPV1 позитивных DRG нейронах зависимым от Ca2+ способом (Kwak, 2012); роль phosphoinositides не изучена, но эффект ингибировался с помощью cyclosporine, указывая на роль calcineurin. HCN каналы, как полагают, позитивно регулируются с помощью PI(4,5)P2 путем сдвига активации канала к более деполяризованному напряжению (Zolles et al., 2006). В др. публикациях, однако, активация PLC сцепленных рецепторов приводила к сдвигу активации пропускной способности к более негативному напряжению, противоположному тому, что ожидается в позитивно регулируемых с помощью phosphoinositides HCN каналах (Pian et al., 2007).

13. Conclusions


This review attempted to discuss signaling through phosphoinositides in peripheral sensory neurons, with focus on effects on ion channels. I tried to be comprehensive, yet brief, a combination inevitably leading to some oversimplification. The role of PLC signaling in acute inflammatory sensitization has been very well established, and the role of this signaling pathway in certain forms of itch is emerging. The diversity of sensory neurons and the pleiotropic nature of phosphoinositide signaling make the picture complex however. There is an abundance of information available on this topic, but a lot of dots need to be connected by future research to have a clearer picture on the details in many cases.