Механизмы

Mechanisms of sensory transduction in the skin Ellen A. Lumpkin and Michael J. Caterina Nature, V.445, No 7130, 858-865 (22 February 2007)
Sensory neurons innervating the skin encode the familiar sensations of temperature, touch and pain. An explosion of progress has revealed unanticipated cellular and molecular complexity in these senses. It is now clear that perception of a single stimulus, such as heat, requires several transduction mechanisms. Conversely, a given protein may contribute to multiple senses, such as heat and touch. Recent studies have also led to the surprising insight that skin cells might transduce temperature and touch. To break the code underlying somatosensation, we must therefore understand how the skin's sensory functions are divided among signalling molecules and cell types. Рис.1. \| Figure 1: Diversity of somatosensenory neurons in the skin. Рис.2. \| Figure 2: Gating models of mechanotransduction channels. Рис.3. \| Figure 3: Sensory transduction by epithelial cells. Табл.1 Proposed mechanosensory and thermosensory transduction channels	Приятное чувство легкого ветерка или болезненные ощущения от прикосновения к горячейпечке инициируются соматосенсорными нейронами, которые иннервируют нашу кожу. Периферические окончания этих нейронов, чьи клеточные тела находятся в тройничном и dorsal root ganglia (DRG), передают сенсорные стимулы в виде потенциалов действия, которые распространяются в ЦНС (Fig. 1). Сенсорные нейроны кожи, которые удивительно разнообразны и широко классифицируются как Aβ -, Aδ - или C-волокна на основании степени миэлинизации и скорости, с которой потенциал действия перемещается вдоль афферентных волокон1 (Fig. 1). Они могут быть далее классифицированы в соответствии с сенсорными ощущениями1. Напр., терморецепторы реагируют на нагревание или охлаждение кожи, тогда как тактильные рецепторы отвечают на давление, растягивание или движения волос. Помимо этих нейронов, которые отвечают на безвредные прикосновения и температуры, известны сенсорные нейроны, nociceptors, инициирующие болевые ощущения. Многие болевые рецепторы являются полимодальными нейронами, которые активируются различными видами сенсорных стимулов. Чувствительность болевых рецепторов к сенсорной стимуляции может быть изменена с помощью сигнальных путей, вовлекаемых во время повреждения или воспаления. Ощущение боли, температуры или прикосновений также могут быть вызваны эндогенными или экзогенными химическими соединениями (такими как histamine и menthol), активирующими кожные чувствительные нейроны. Недавние исследования выявили ряд ионных каналов, которые являются кандидатами на роль передачи температурных и тактильных ощущений в коже (Table 1). Попытки приписать роли этим ионным каналам in vivo выявили некоторое перекрывание функций и привели к предположению, что дополнительные механизмы трансдукции еще предстоит открыть. Открывается интригующая возможность, что не-нейронные клетки кожи могут непосредственно ощущать тактильные и температурны изменения. Thermosensation Млекопитающие могут различать температуры в пределах от чрезвычайно холодных (около -10 °C) ло чрезвычайно горячих (около 60 °C). Разные температуры продуцируют субъективно отличающиеся психофизиологические восприятия и действительно различающиеся поведенческие реакции. Соотв. разные субпопуляции термочувствительных C- или Aδ-волокон расшифровывают кожную температуру в разных пределах1. Интересно, что термальная ответная реакция сенсорных нейронов воспроизводится в диссоциированных нейронах, которые лишены своих периферических окончаний, что предоставляется бесценным для обнаружения кандидатов на роль молекул переносчиков2. Ключ к молекулярным основам термосенсации был получыен в результате идентификации активируемых температурой ионных каналов. Почти все из них принадлежат к семейству transient receptor potential (TRP) катионовых каналов3. Эти каналы, которые подразделяются на 7 подсемейств, обычно имеют 6 трансмембранных доменов, область поры и С-окончания и собираются в виде функциональных тетрамеров3. TRP каналы обладают изумительным набором биофизических свойств и физиологических функций. Интересно, что многие участвуют в передаче сенсорных сигналов3. У млекопитающих, термально чувствительные TRPs каждый настроен на определенный ранг температур и большиснтво экспрессируются в кожных сенсорных нейронах или др. типах клеток кожи4, 5 (Table 1). Heat transduction Среди самых ранних белков, участвующих в трансдукции тепла, является TRP vanilloid 1 (TRPV1). Этот белок идентифицирован как молекулярная мишень для capsaicin, главного острого компонента прянных перцев². Когда capsaicin или др. родственные 'vanilloid' химические соединения контактируют с кожей или слизистыми мембранами, то они активируют TRPV1, которые экспрессируются на высоком уровне в nociceptive Aδ - и C-волокнах, чтобы вызвать ощущение боли². Удивительно, но простое нагревание TRPV1-экспрессирующих клеток (или мембранных участков, происходящих из них) до более, чем 42 °C , то этого также достаточно, чтобы разбудить сильный ток катионов2. In vitro, реакции на тепло и capsaicin хорошо коррелируют в диссоцированных nociceptive нейронах². Генетическое устранение TRPV1 у мышей элиминирует чувствительность к capsaicin а также большинство активируемых теплом токов в этих клетках². In vivo, разрушение Trpv1 приводит к продожительной латентности возбуждаемого теплом поведения отдергивания лап и хвоста². Важно, однако, что эти поведенческие отклонения лишь частичны и наблюдаются только при относительно высоких температурах (свыше 50 °C)². Эти и др. данные^6,7 показывают, что TRPV1 участвует в, но не может только сам объяснить острое термальное ощущение боли в здоровой коже. Напротив, TRPV1, по-видимому, является основным участником усиленной термальной реакции, наблюдаемой после козного воспаления^2,8. Т.о., важность TRPV1 для термального болевого восприятия варьирует в зависимости от контекста. Др. heat-пропускной TRP канал, TRPV2, стого экспрессируется в популяции соматосенсорных нейронов с характеристиками Aδ-nociceptors, но он экспрессируется также в др. нейрональных и не-нейрональных клетках². При гетерологической экспрессии, TRPV2 активируется с помощью очень высокой температуры (свыше 52 °C), паттерн экспрессии наблюдается также в некоторых Aδ-волокнах in vivo и в субнаборе чувствительных к высокой температуре DRG нейронов in vitro². Эти свройства подтверждают роль TRPV2 в трансдукции болевых ощущений от высокой температуры, хотя подтверждающие доказательства in vivo ещё не получены. Два др. члена TRPV подсемейства, TRPV3 и TRPV4, также могут активироваться высокой температурой, а также химическими и осмотическими стимулами^4,5. TRPV4 обладает очевидным порогом примерно в 27–34 °C, в то время как таковой для TRPV3 составляет примерно 32–39 °C. Эти свойства в комбинации с их экспрессией в коже, делают TRPV3 и TRPV4 кандитами участниками в восприятии тепла. Наиболее выраженная экспрессия в коже этих каналов наблюдается скорее в эпителиальных клетках, чем в нейронах. Подтверждение роли TRPV3 и TRPV4 в восприятии тепла получены при анализе поведения Trpv3- и Trpv4-нулевых мутантных мышей. Оба мутанта обладаютex аномальным поведением термальной селекции, когда подвергались действию ряда тепловых воздействий, но не безболезненных минимальных температур. Более того, в экспериментах с оттдергиванием в ответ на болевые термальные воздействия Trpv3-нулевые мыши обнаруживали фенотип острой thermosensation, сходный с таковым у Trpv1-нулевых мышей, с более длинным латентным периодом оттдергивания при температурах свыше 50 °C. Напротив, Trpv4-нулевые мыши обнаруживают легкое увеличение латентности оттергивания только при 45–46 °C. Все эти нахродлки говорят в пользу диффернциальных, но возможно перекрывающихся ролей для TRPV1–4 в восприятии высоких температур. Три дополнительных TRP канала, TRPM2, TRPM4 и TRPM5, также может быть активированы повышенными температурами4, 9; однако, доказательства их экспрессии в коже отсутствуют. Cold transduction После идентификации TRPV каналов в качестве переносчиков температурных сигналов, стал ключевой вопрос, вожможен ли перенос холода через TRP каналы. На него был быстро получен ответ с идентификацией TRPM8, ионного канала, активируемого с помощью слабого охлаждения по сравнению с нормальной температурой кожи (приблизительно 32 °C) до температур ниже 30 °C, или воздействия ментола и др. химических соединений, которые продуцируют ощущение холода^10,11. Кроме того, TRPM8 экспрессируется почти исключительрно в субпопуляции C-волокон^10,11. Эти свойства делают TRPM8 прекрасным кандидатом на роль холодового рецептора, хотя эту гипотезу еще предстоить протестировать in vivo. Некоторые, реагирующие на холод диссоциированные сенсорные нейроны отвечают на температуры только ниже 20 °C. Одним из возмжных объяснений этого поведения явялется характеристика TRPA1 (ref. 12), члена TRP ankyrin подсемейства, которое экспрессируется в субнаборе TRPV1-позитивных nociceptors^12,13. Ankyrin повторы — структурные мотивы, найденные у многих белков, включая некоторые TRP каналы — как полагают, участвуют в межбелковых взаимодействиях. Члены. TRPA семейства содержат довольно большое количество таких повторов (TRPA1, напр., имеет 18). TRPA1 может быть активирован с помощью приема жгучих химических соединений, содержащих allyl и и реактивные sulphur группы, такие как те, что обнаруживаются в горчичном масле или чесноке, и с помощью др. раздражителей, подобных acrolein^14,15. Некоторые исследователи также сообщают, что TRPA1 может быть активирован с помощью холода ниже, чем 18 °C (refs 12,16), это позволяет предположить, что TRPA1 вносит вклад в TRPM8-независимую холодовую передачу. Два in vivo исследования предоставили некоторое подтверждение этой идеи, описав дефицит в острой холодовой трансдукции или воспалением/повреждением-индуцированную гиперчувствительность к холоду у Trpa1-/- мышей17 и у крыс, подергнутых действию TRPA1-антисмысловых олигонуклеотидов18. Однако, др. исследован ия поставили под вопрос эти находки. Во-первых, некоторые исследователи оказались неспособны воспроизвести холодовую активацию гетерозиготно экспрессируемого TRPA1 (refs 14, 19). Во-вторых, в отдельном исследовании, диссоциированные сенсорные нейроны от др. Trpa1-мутантной линии мышей не обладали разливчимым дефицитом холодовой трансдукции и мыши не обнаруживали различий в поведенческих реакциях на холодную температуру²⁰. Основания для этих расхождений неясны, однако, проверка разных типов гиперчувствительности к холоду с использованием самцов по сравнению с самками мышей и дифференциальных стратегий к разрушению гена или нокдауну все могут служить способствующими факторами. Окончательная оценка вклада TRPA1 в холодовую трансдукцию ждет дальнейших исследований. Участие TRP каналов в thermosensation не ограничивается млекопитающими. У Drosophila, 4 разных TRPA подсемейства каналов участвуют в термально индуцированном поведении4 (Table 1). Как и у млекопитающих действие этих каналов, распределяется по разным рангам температур и вызывают разные конечные исходы^4,5. Не-TRP ионные каналы также могут участвовать в передаче холодовых сигналов в коже. Напр., в зависимости от или независимо от холодового воздействия запускаемое возбуждение сенсорных нейронов может зависеть от калиевых каналов, некоторые из которых обладают строгой температурной чувствительностью²¹. Mechanotransduction Разнообразные механосенсорные нейроны иннервируют кожу¹ (Fig. 1). Многие имеют сложные окончания, некоторые из которых ассоциированы со специализиованными клетками в коже. Легкие прикосновения опосредуются преимущественно Aβ афферентными нейронами с низкими механическими порогами.Восприятие болезненных прикосновений инициируются C- и Aδ-nociceptors с высокими порогами, которые могут быть полимодальными или сольными механорецепторами. C-волокна чувствительны к нежным прикосновениям, они были описаны у нескольких видов, включая людей, у которых они, как было предположено, вносят вклад в социальные взаимодействия, такие как материнская привязанность²². Несмотря на интенсивные попытки открыть молекулы, которые инициируют тактильную чувствительность у млекопитающих, механизмы трансдукции в основном неизвестны. Концептуальная основа, инициирующая эти попытки, постулирует, что каналы трансдукции непосредственно активируются с помощью механических стимулов²³. В самом деле, механическое пропускание может быть генеральной моделью для ионных каналов24. Чувствительные к растяжению каналы обеспечивают пропуск посредством сил в мембранном бислое²³ (Fig. 2a). Эти каналы может быть активированы экспериментально путем давления на участки мембан, чтобы деформировать бислой. Они обнаружены в широком круге как бактериальных, так и эукариотических типов клеток и отностятся к структурно отличающимся семействам ионных каналов23. Альтернативная direct-gating модель предполагает, что каналы привязаны к цитоскелету или внеклеточному матриксу и что натяжение этих соединений и контролирует пропускную способность каналов (Fig. 2b). Неясно, однако, купированы ли эти соединения непосредстванно в доменами каналов или они модулируют мембранные силы вокруг чувствительных к растяжению каналов. Модель соединений выявляется в биофизических исследованиях слуховых и вестибулярных волосковых клеток25; однако, генетический скрининг мпеханосенсорных мутантов у Drosophila и Caenorhabditis elegans выявил огромное множество молекулярных кандидатов, согласующихся с этой моделью26. Третья возможность заключается в том, что каналы трансдукции купированы с белками, чувствительными к механическому воздействию, посредством сигнальных промежуточных звеньев (Fig. 2c).Напр., у C. elegans в полмодальных сенсорных нейронах активация трансдукционных каналов может нуждаться в продукции липидных метаболитов²⁷. Одним из ограничений непрямых механизмов является то. что они от природы медленнее, чем прямая мезаническая пропускная способность. Фактически непосредсвенная пропускная способность была впервые предположена для волосковых клеток из-за их удивительной скорости трансдукции (приблизительно 40 µs)²⁸. Сходные аргументы были выдвинуты для тактильных нейронов в теле C. elegans²⁹ и щетинок Drosophila bristles30; однако, описанное латентное состояние (около 200–500 µs) сходно с задержкой между присинаптическим поступлением кальция и постсинаптической реакцией при комнатной температуре (200–600 µs)³¹. Т.к. такая задержка достаточна для обеспечиения слияния пузырьков, диффузии трансмиттера и активации лагандом-контролируемых ионных каналов, то такая временная шкала сама по себе не может исключить косвенные coupling модели. DEG/ENaC channels Молекулярные основы прикосновений более экстенсивно были охарактеризованы в тактильных нейронах тела C. elegans²⁶. Электрофизиологически²⁹ и in vivo имаджинг³² предоставили непосредственные доказательства того, что трансдукционные каналы являются комплексами из degenerin/epithelial Na+ channel (DEG/ENaC) субъединиц MEC-4 и MEC-10, и двух дополнительных субъединиц (MEC-2 и MEC-6). Хотя вызванное прикосновением поведение зависит от специализированных микротрубочек и внеклеточных белков, эти специализированные микротрубочки не существенны для пропускной способности трансдукционных каналов²⁹. На базе поразительных mec фенотипов, были тестированы роли mec-родственных молекул у млекопитающих в восприятии прикосновений. Мутантные мыши, лишенные mec-2-родственного белка, stomatin-like protein 3 (SLP3), обнаруживают заметную потерю чувствительности к прикосновениям in vitro и in vivo³³. Т.о, SLP3, по-видимому, важен для механотрансдукции в субнаборе кожных тактильных рецепторов. Напротив, сходные исследования показали. что три изоформы DEG/ENaC млекопитающих (Table 1) —acid-sensing ion channels (ASICs) — могут не обладать непосредственными ролями в механотрансдукции, а вместо этого могут модулировать передачу сенсорных сигналов. В коже, ASIC2 и 3 локализуются на периферии окончаний предполагаемых тактильных рецепторов; однако, генетическое нарушение ASIC субъединиц нарушает лишь слегка вызванные прикосновениями реакции немногих кожных афферентных субтипов34. Важно, что механические пороги не изменяются. Неожиданно, мыши, экспрессирующие доминантно негативную Asic3 мутацию, являются гиперчувствительными к остным механическим и химическим стимулам³⁵. TRPN иTRPA channels Подобно mec генам, Drosophila NOMPC (TRPN1) был идентифицирован в качестве кандидата на роль трансдукционного канала в генетическом скрининге животных, не чувствительных к прикосновениям³⁰. TRPN канады обладают необычно крупными N-терминальными доменами с 29 ankryin повторами. Drosophila nompC мутанты онаруживают дефекты слуха, прикосновений и proprioception. Более того, C. elegans TRPN1 гомолог trp-4 экспрессируется в механосенсорных нейронах^30,36 и, как былопредположено, участвует в proprioception на базе бросающихся в глаза локомоторных дефектов trp-4 мутантов³⁶. В Drosophila слуховых антеннах и в волосковых клетках позвоночных механические стимулы инициируют два процесса, которые управляют слуховой чувствительностью: электрическое возбуждение, которое запускает нижестоящую передачу нейрональных сигналов и механическое умножение, которое увеличивает чувствительрность к определенным звуковым частотам. Интересно, что nompC мутации у Drosophila частично снижают механически вызываемые нейрональные сигналы в щетинках³⁰ и антеннах³⁷ , но полностью элиминируют механическую амплификацию в антеннах³⁸. Т.к. трансдукционная кухня (machinery) является существенной частью петли обратной связи амплификации, то эти результаты подтверждают, что NOMPC непосредственно участвует в трансдукции, но что он не может быть единственным трансдукционным каналаом в этих нейронах. Гомолог NOMPC позвоночных, TRPN1,экспрессируется в механосенсорных волосковых клетках у некоторых рыб и амфибий^39,40, но отсутствует в геноме рептилий, птиц или млекопитающих. Волосковые клетки содержат кластер чувствительных к механическим воздействиям микроворсинки, известные как stereocilia, и одиночный настоящий cilium, kinocilium.Последний не нужен для механотрансдукции, хотя возможно он важен для развития или стимуляции стереоцилий in vivo. У рыбок данио рерио в волосковых клетках, RNA-interference нокдаун trpn1 элиминирует механически индуцируемые потенциалы³⁹. Неожиданно, преимущественная локализация каналов в kinocilia^39,40 указывает на то, что они не прямо обеспечивают трагсдукцию. Эти исследования подчеркивают филогенетически законсервированную роль TRPN каналов в передаче механосенсорных сигналов, однако, TRPN субъединицы могут также играть роль иную помимо трансдукции. Интригующие фенотипы мутантов TRPN привлекают внимание к TRPA1, т.к. он единственный TRP канал млекопитающих с расширенным ankryin доменом и он экспрессируется в nociceptors12, 13, 19 и волосковых клетках^19,41. Интересно, что одна из изоформ Drosophila Trpa, painless, необходима для отдергивания от острых уколов (harsh prodding)⁴². Напротив, Trpa1-/- мыши обнаруживают незначительный 17 или отсуствие²⁰ дефицита в острой тактильной чувствительности, указывая тем самым, что TRPA1 не является существенным для механотрансдукции ву соматосенсорных нейроноах. Хотя RNAi-обусловленный нокдаун указывает, что TRPA1 является многобещающим кандидатом в трасдукции в волосковых клетках⁴¹, Trpa1-/- мыши имеют нормальную слуховую реакцию17, 20 и трансдукционные тиоки в волосковых клетках¹⁷. Вместе эти результаты показывают, что TRPA1 у млекопитающих играет минимальную роль в острой трансдукции механических стимулов, однако,исследования Trpa1-нокдауна демонстрируют, что этот канал является критическим для гиперчувствительности в отношении прикосновений и тепла, которая сопровождает воспаление кожи при воздействии горчичного масла, а также гиперчувствительности, вызываемой bradykinin. Т.о., TRPA1 может быть прекрасной мишенью для новых терапевтических средств против повышенной чувствительности к боли. TRPV channels Первым TRP каналом, обнаружившим участие в механосенсорике явился C. elegans TRPV канал OSM-9 (ref. 43). В полимодальных сенсорных нейронах ASH, OSM-9 и др. изоформа TRPV, OCR-2, ко-локализуются в сенсорных ресничках, что согласуется с идеей, что они формируют гетеромерные трансдукционные каналы. Подобно др. TRPV каналам, OSM-9/OCR-2 каналы, как полагают, являются полимодальными, т.к. мутации каждой из субъединиц нарушают уклонение от гипертонических, механических и химических стимулов. Хотя эти стимулы возможно активируют OSM-9/OCR-2 каналы посредством самостоятельных сигнальных каскадов, каждый каскад может использовать polyunsaturated fatty acids (PUFAs)⁴³. Фактически, модуляция с помощью липидных метаболитов является свойством большинства TRP каналаов, включая Drosophila trp3. У C. elegans, мутации, которые затрагивают синтез PUFA , ка было установлено, компроментируют все три ASH-обеспечиваемые сенсорные ощущения, а также обонятельные ответы²⁷. Напротив, экзогенно воздействующие PUFAs быстро активируют ASH и и вызывают поведение уклонения osm-9-зависимым способом. Итак, эти данные подтверждают, что PUFAs продуцируются посредством каскадов сенсорной трансдукции, чтобы активировать OSM-9; однако, возможно также, что эти липиды служат как модуляторы каналов или обеспечивают липидную микросреду, которая является пермиссивной для функции канала. У Drosophila две изоформы TRPV, nanchung (nan) и inactive (iav), являются важными для передачи сенсорных сигналов, т.к. мутации в любом из генов устраняют вызываемую звуком нейрональную активность в слуховых антеннах^44,45. Более того, NAN и IAV активируются с помощью гипотонических воздействий в гетерологических типах клеток, это указывает на то. что они могут трансдуцировать механические стимулы. Подобно OSM-9/OCR-2, NAN и IAV ко-локализуются в сенсорных ресничках механорецептивных нейронов^44,45. Неожиданно, green-fluorescent-белком-нагруженная версия IAV обнаруживается только в проксимальных частях cilium44, это не соласуется с гипотезой механически регулируемые каналы прикреплены к кончикам ресничек. Более того, в то время как мутации nompC устраняют механическую амплификацию в слуховой антенне, nan и iav мутации потери функции в действительности усиливают амплификацию³⁸. Это указывает на то, что NAN и IAV не являются частью механически активируемого трансдукционного комплекса. Альтернативная модель, которая может примирить эти находки, заключается в том. что чувствительные к механическим воздействиям белки косвенно активирую NAN/IAV каналы, чтобы вызывать эффект нижестоящей передачи сигналов (Fig. 2c). Одной из спекулятивных моделей является то, что NAN/IAV, подобно OSM-9/OCR-2, активируются метаболитами жирных кислот, хотя подобная передача сигналов не может быть достаточно быстрой, чтобы объяснить слуховую передачу у мух^37,44. Вместе со своей ролью в восприятии тепла TRPV4 млекопитающих, как полагают участвует в механотрансдукции и osmosensation⁴⁶. Подобно NAN и IAV, гетерологически экспрессируемый TRPV4 может быть активированся гипотонических расстворов^47,48. Как и в случае OSM-9, осмотическая активация TRPV4 нуждается в метаболитах жирных кислот⁴⁹. Более того, TRPV4 может устранять некоторые сенсорные дефекты у C. elegans osm-9 мутантов⁴⁶. Хотя его экспрессия в сенсторных нейронах большого диаметра и клетках Merkel cells⁴⁷ согласуется с роль в прикосновениях к коже, нарушение экспрессии Trpv4 у мышей оказывает слабые эффекты на пороги острой механосенсорики^50,51. Функция TRPV4 вместо этого может быть важной для индуцированной воспалением механической гиперчувствительности и в nociceptive реакциях на гипотонические расстворы⁵². Две дополнительные субъединиц TRPV млекопитающих участвуют в передаче механосенсорных сигналов. TRPV1 не имеет значения для кожной механосенсорики; однако, этот канал необходим для нормальных вызываемых растяжением рефлексов в мочевом пузыре⁵³ и для осмосенсации в гипоталямических нейронах⁵⁴. TRPV2 млекопитающих является кандидатом на роль канала механотрансдукции, т.к. он может быть активирован гипотоническими стимулами и растяжением in vitro⁵⁵ и он экспресссируется в соматосенсорных нейронах крупного диаметра². Stretch-sensitive channels Чувствительные к растяжению ионные каналы, которые экспрессируются в сенсорных нейронах, как предполагается, также участвуют механотрансдукции у млекопитающих. Напр., канонический TRP канал TRPC1, который активируется с помощью растяжения мембран в ооцитах Xenopus⁵⁶, широко экспресструется в клетках млекопитающих, включая соматосенсорные нейроны. Кроме того, чувствительный к растяжению двухпоровый калиевый канал TREK-1, по-видимому, играет ключевую роль в остром прикосновении: Trek-1-/- мыши обнаруживают заметно повышенную чувствительность к механическим стимулам низкого порога; но нормальну чувствительность к острому тепловому воздействию и пагубному давлению⁵⁷. Эти результаты подчеркивают тот факт, что многие типы каналов д. работать сочетанно, чтобы контролировать чувствительрность тактильных и болевых рецепторов. Roles for epidermal cells in somatosensation Соматосенсорная трансдукция обычно, как полагают, возникает в окончаниях чувствительных нейронов. Клетки кожи часто рассматриваются как только свидетели этого процесса, предоставляя в ольшинстве своем физическую и трофическую поддержку этим нервным окончаниям. Возникло альтернативное мнение, что не-нейрональные клетки действуют как первичные передатчики некоторых физических и химических стимулов и что эти клетки могут, в свою очередь, общаться с соседними саматосенсорными afferents. Epithelial cells as sensory receptor cells Два типа эпителиальных клеток установлены в качестве медиаторов сенсорной трансдукции. Во-первых, волосковые клетки выполняют механотрансдукцию, которая лежит в основе слуховой и вестибулярной функции. В этих клетках, смпещение открывает каналы трансдукции вблизи кончиков стереоцилий, вызывая деполяризацию мембраны и последующее высвобождение нейротрансмиттера (почти определенно glutamate) из синапсов волосковых клеток на афферентные слуховые нейроны²⁵ (Fig. 3a). Во-вторых, вкусовое восприятие начинается с событий химической трансдукции, которая происходит в специализированных эпителиальных клетках вкусовых сосочков (Fig. 3b). Сигналы, с помощью которого вкусовые клетки общаются с афферентными нейронами не установлены с уверенностью, но ATP и serotonin являются наиболее вероятными кандидатами⁵⁸. Более того, имеются доказательства трансляции сигнала такого сорта, с помощью которого вкусовые клетки первоначально детектируются с помощью 'рецепторных' эпителиальных клеток, которые уже общаются с соседними 'output' эпителиальными клетками, которые, в свою очередь, передают сигнал сенсторны афферентным нейронам58 (Fig. 3b). Keratinocytes Кератиноциты, превалирующий тип клеток в эпидермисе, пролиферируют из базального слоя, расположенного на дермально-эпидермальной границе и, как полагают, координирующего программу дифференцировки и апикальной миграции, формирования хорошо орган изованного стратифицированного эпителия (Fig. 1). Хотя основное внимание было сфокусировано на химической и механической барьерных функциях кератиноцитов, физическая защита, по-видимому, как раз единственная роль этих клеток. Три линии доказательств подтверждают, что кератиноциты участвуют в детекции физических и химически х стимулов. Во-первых, исследования по локализации с использованием генетически субпопуляции меченных нейронов показали, что по крайней мере, две популяции сенсорных афферентиных волокон ветвятся внутри разных эпидермальных слоев⁵⁹ (Fig. 1). Сенсорные нейроны, которые экспрессируют провоспалительные нейропептиды, такие как calcitonin gene-related polypeptide (CGRP), поднимаются через базальный эпидермальный слой, чтобы закончиться в соседнем слое, stratum spinosum. Напротив, популяция nonpeptidergic нейронов, которая экспрессирует специфческий G-protein-coupled рецептор, MrgD, заканчиваются боее поверхностно, в stratum granulosum. Эти две популяции нейронов обладают также самостоятельными паттернами проекции в спинном мозге и, по-видимому, самостоятельные сенсорные функции⁶⁰. Хотя классические синаптические структуры между кератиноцитами м окончаниями чувствительных нервов не были описаны, но близость этих типов клеток и даже тесное соприкосновение их мемран^61,62 предоставляют вполне достаточно возможностей для быстрого паракринного общения. Вторая линия доказательств участия кератиноцитов в передаче сенсторных сигналов истекает из того факта, что эти клетки секретируют многочисленные химические субстанции, способные модулировать, активировать или ингибировать сенсорные нейроны. Примеры включают нейротрофины, АТФ, β-endorphin, interleukins и endothelin-1 (refs 63, 64, 65, 66). Интересно, что разные слои эпидермиса могут высвобождать субстанции с разными эффектами. В то время как поверхностные кератиноциты могут высвобождать antinociceptive молекулы, такие как β-endorphin, стимуляция глубоких слоев эпидермальных кератиноцитов приводик в высвобождению pro-nociceptive endothelin-1 (ref. 67). Присутствие таких потенциально антогонистичных систем в эпидермисе намекает на способность фильтрации сигналов или процессинг вышестоящей нервной системой. Третьий факт, который подтверждает участие функции кератиноцитов в передаче острых сенсорных сигналов, заключаетя в том, что они экспрессируют различные рецепторы, которые участвуют в восприятии боли или температуры. Некоторые из них являются рецепторами для химичеких субстанций, упомянутых выше. В этих случаях трудно различить облегчают ли рецепторы передачу сигналов внутри кератиноцитов, передачу сигналов кератиноци-нейрон или в обоих. Напр., механически стимулированные кератиноциты in vitro вызывают высвобождене АТФ и передачу сигналов посредством metabotropic АТФ рецептора P2Y2 (ref. 66). Активация P2Y2 мобилизует высвобождение внутриклеточного Ca2+ из хранилищ, это в свою очередь индуцирует высвобождение ещё ольших количеств АТФ стимулируемыми кератиноцитами. Результатом является межклеточная передача, которая распространяется по всей культуре.Если сенсьорные нейроны ко-культивируются с кератиноцитами, стимулированными подобным образом, то нейроны обнаруживают задержку активации посредством своих собственных purinergic рецепторов66. Хот такая последовательность событий не установлена in vivo, это дает правдоподобную картину того, как физические стимулы могут вызывать возбуждение сенсорных нейронов. Недавние данные также показывают, что кератиноциты могут трансдуцировать тепловые стимулы. Напр., активируемые теплом ионные каналы TRPV3 и TRPV4 с легкостью обнаруживаются в кератиноцитах, чем в сенсорных нейронах^4-6. Токи, вызываемые этими двумя типами каналов, могут быть индуцированы тепловой стимуляцией культивируемых кератиноцитов и отличены на базе их кинетических свойств^4,5. Эти реакции могут быть усилены с помощью агонистов TRPV3 или TRPV4 (camphor или 4-α-phorbol 12,13-didecanoate (4αPDD), cjjnd/) и элиминированы с помощью нарушений Trpv3 или Trpv4 ^4,5. Экспрессия функциональных TRPV3 и TRPV4 в кератиноцитах сочетается с дефектами термосенсорного поведения у Trpv3- or Trpv4-нулевых мутантных мышей представляет собой строгие, но косвенные доказательствах вклада кератиноцитов, экспрессирующих каналы для восприятия тепла. Если это та, то как стимуляция этих каналов приводит к активации нейронов, пока неясно. Одно из недавних исследований демонстрирует, что химическая активация TRPV3 в кератиноцитах, культивируемых из эпителия языка, вызывает высвобождение interleukin-1α65, обеспечивая подтверждение идеи, что активация канала TRPV в кератиноцитах стимулирует высвобождение биоактивных субстанций. Экспрессия TRPV1 в кератиноцитах также описана, а capsaicin может индуцировать высвобождение interleukin-8 из иммортализованных кератиноцитов человека5. Сходным образом, в мочевом пузыре TRPV1 экспрессируется как в сенсорных нейронах, так и в urothelial клетках, которые формируют эпителий просвета мочевого пузыря. Фактически, TRPV1 является важным для индуцированного растяжением высвобождения АТФ из urothelium, процессом, который запускает активацию афферентных нейронов и отражает контракцию мочевого пузыря⁵. Несмотря на эти находки, отсутствуют прямые доказательства острой передачи сигналов от кератиноцитов сенсорным нейронам. Более того, АТФ рецепторы и TRPV каналы в кератиноцитах почти опеделенно выполняют др. функции. Напр., внеклеточный АТФ необходим для барьерной функции кератиноцитов. Кроме того, выявляются аномалии в целостности волос68 или цикла волосяных фолликулов69 у Trpv3- и Trpv1-нулевых мышей, соотв., также как и у грызунов, экспрессирующих мутантную форму Trpv3 (ref. 70). Merkel cells Комплексы Merkel клетка-нейрит, которые обеспечивают субнабор реакций медленной адаптации на прикосновения, важны для определения очертаний, формы и текстуры⁷¹. Эти комплексы готовят клетки Merkel к тесной ассоциации с Aβ-афферентными окончаниями (Fig. 3c). Они обнаруживаются в базальном эпидермальном слое области кожи, чувствительной к прикосновениям, включая кожу, лишенную волос, фолликулы усов и touch domes. Параллели, идентифицированные между клетками Merkel и волосковыми клетками позволяют предполагать, что клетки Merkel являются сенсорными клетками, которые трансдуцируют прикосновения и затем общаются с афферентными волокнами с помощью синаптической трансмиссии⁷¹ (Fig. 3c). Во-первых, оба эпителиальных типа клеток, по-видимому, образуют синаптические контакты с сенсорными окончаниями. Во-второых, клетки Merkel содержат удлиненые микроворсинки, напоминающие волосковые клетки стереоцилий. Фактически, клетки Merkel экспрессируют изоформу espin, которая обнаруживается только в микроворсинках сенсорных клеток, таких как волосковые клетки, клетки вкусовых рецепторов и vomeronasal нейроны⁷². Наконец, Merkel клетки и волосковые клетки экспрессируют одни и те же онтогенетические транскрипционные факторы, включая atonal homologue 1 млекопитающих (ref. 73) и growth-factor independent 1 (ref. 74). Хотя такие сходства являются интригующими, разработаные эксперименты, чтобы детерминировать, необходимы ли клетки Merkel для тактильной чувствительности, дали противоречивые результаты⁷¹ и до сих пор не получены прямые доказательства, демонстрирующие, что клетки Merkel активируются прикосновением. Идея, что клетки Merkel являются пресинаптическими, подтверждается морфологическими и молекулярными исследованиями⁷¹; однако, функциональные исследования, которые тестировали роль синаптической трансмиссии при прикосновении, дали конфликтующие результаты^71-77. Клетки Merkel содержат пузырьки с плотной сердцевиной, которые напоминаю неросекретоные пузырьки. Более того, клетки Merkel имеют мембранные плотности, сходные с таковыми синаптически активной зоны и они экспрессируют piccolo, белок пресинаптической активной зоны⁷⁸. Т.к. клетки Merkel экспрессируют молекулы, необходимые для высвобождения синаптического glutamate и продукции нейропептида78, то остается открытым важный вопрос или синапсы клеток Merkel являются возбуждаемыми или они посылают модулирующие сигналы, чтобы регулировать чувствительные к прокосновениям нерйоны. Др. проблемой простой модели является то, что клетки Merkel не ассоциированы с сенсорными нейронами^76,79. Эти данные подтверждают, что нейротрансмиттеры могут высвобождаться сенсорными нейронами или кератиноцитами, чтобы передать сигнал клеткам Merkel или вообще передача сигналов клеток Merkel может быть аутокринной. Future directions A flurry of recent work has indicated that many ion channels are in the right place иhave the right properties to participate in the skin's sensory functions. These advances have uncovered recurring themes but have also provided a tantalizing glimpse of the molecular complexity of somatosensory transduction. A key challenge now is to explain the molecular logic of touch, temperature sensation and nociception. One unifying principle is the participation of TRP channels in somatosensation. The extent to which these channels exhibit specialized versus overlapping functions remains to be clarified. Their heterogeneity might be further increased by heteromultimerization among TRP subunits or splice variants. Moreover, changes in channel expression, sensitivity or interactions might contribute to alterations in sensory perception that accompany tissue inflammation. A second recurring theme is the polymodality of putative transduction channels, which raises the possibility that sensory integration begins at the first step of signalling. Whether иhow stimuli converge to modulate ion channels in vivo are crucial open questions. To answer them, we must first understand how physical иchemical stimuli control channel gating. For example, an important step is to determine how force opens mechanotransduction channels, such as the MEC-4/MEC-10 complex. Structure иfunction studies have begun to define TRP channel domains required for activation by chemical stimuli^80,81. Moreover, thermodynamics-based efforts have yielded some insight into thermosensitivity⁸². Nonetheless, our understanding of polymodal channel gating remains rudimentary and requires higher-resolution structural иfunctional studies. A theme revealed by invertebrate systems is the molecular heterogeneity of mechanotransduction. Although vertebrate DEG/ENaC иTRP channels are currently under the greatest scrutiny as candidate transduction channels, the subtle mechanosensory defects in knockout mice suggest that there are other candidates still to be identified. It is possible that structurally unrelated mechanotransduction channels have yet to be discovered, as was highlighted by the recent finding that Ca2+-release-activated Ca2+ channels belong to a previously unrecognized ion channel family⁸³. We also need new strategies for evaluating candidate mechanotransduction channels. For example, techniques for measuring transduction currents in the skin are essential for determining whether a candidate acts directly in transduction or in signal propagation. A final emerging concept is the role of epithelial cells in sensory transduction. A fundamental open question is whether skin cells truly act as first-line transducers of physical stimuli, or whether their expression of TRP channels reflects modulatory or non-sensory functions. If epithelial cells do mediate sensory transduction, we must discover mechanisms of signal relay иspecificity between epithelial cells иneurons. For example, a molecule released from heat-activated keratinocytes must excite the correct sensory neuron subtypes иmust be short-lived enough to allow discrimination of acute changes in skin temperature. For Merkel cells, the synaptic junctions with Aβ-fibres provide a mechanism for specificity и speed; however, the direction and type of signalling between Merkel cells and sensory neurons are open questions.

Приятное чувство легкого ветерка или болезненные ощущения от прикосновения к горячейпечке инициируются соматосенсорными нейронами, которые иннервируют нашу кожу. Периферические окончания этих нейронов, чьи клеточные тела находятся в тройничном и dorsal root ganglia (DRG), передают сенсорные стимулы в виде потенциалов действия, которые распространяются в ЦНС (Fig. 1).

Сенсорные нейроны кожи, которые удивительно разнообразны и широко классифицируются как Aβ -, Aδ - или C-волокна на основании степени миэлинизации и скорости, с которой потенциал действия перемещается вдоль афферентных волокон1 (Fig. 1). Они могут быть далее классифицированы в соответствии с сенсорными ощущениями1. Напр., терморецепторы реагируют на нагревание или охлаждение кожи, тогда как тактильные рецепторы отвечают на давление, растягивание или движения волос. Помимо этих нейронов, которые отвечают на безвредные прикосновения и температуры, известны сенсорные нейроны, nociceptors, инициирующие болевые ощущения. Многие болевые рецепторы являются полимодальными нейронами, которые активируются различными видами сенсорных стимулов. Чувствительность болевых рецепторов к сенсорной стимуляции может быть изменена с помощью сигнальных путей, вовлекаемых во время повреждения или воспаления. Ощущение боли, температуры или прикосновений также могут быть вызваны эндогенными или экзогенными химическими соединениями (такими как histamine и menthol), активирующими кожные чувствительные нейроны.

Недавние исследования выявили ряд ионных каналов, которые являются кандидатами на роль передачи температурных и тактильных ощущений в коже (Table 1). Попытки приписать роли этим ионным каналам in vivo выявили некоторое перекрывание функций и привели к предположению, что дополнительные механизмы трансдукции еще предстоит открыть. Открывается интригующая возможность, что не-нейронные клетки кожи могут непосредственно ощущать тактильные и температурны изменения.

Thermosensation

Млекопитающие могут различать температуры в пределах от чрезвычайно холодных (около -10 °C) ло чрезвычайно горячих (около 60 °C). Разные температуры продуцируют субъективно отличающиеся психофизиологические восприятия и действительно различающиеся поведенческие реакции. Соотв. разные субпопуляции термочувствительных C- или Aδ-волокон расшифровывают кожную температуру в разных пределах1. Интересно, что термальная ответная реакция сенсорных нейронов воспроизводится в диссоциированных нейронах, которые лишены своих периферических окончаний, что предоставляется бесценным для обнаружения кандидатов на роль молекул переносчиков2. Ключ к молекулярным основам термосенсации был получыен в результате идентификации активируемых температурой ионных каналов. Почти все из них принадлежат к семейству transient receptor potential (TRP) катионовых каналов3. Эти каналы, которые подразделяются на 7 подсемейств, обычно имеют 6 трансмембранных доменов, область поры и С-окончания и собираются в виде функциональных тетрамеров3. TRP каналы обладают изумительным набором биофизических свойств и физиологических функций. Интересно, что многие участвуют в передаче сенсорных сигналов3. У млекопитающих, термально чувствительные TRPs каждый настроен на определенный ранг температур и большиснтво экспрессируются в кожных сенсорных нейронах или др. типах клеток кожи4, 5 (Table 1).

Heat transduction

Среди самых ранних белков, участвующих в трансдукции тепла, является TRP vanilloid 1 (TRPV1). Этот белок идентифицирован как молекулярная мишень для capsaicin, главного острого компонента прянных перцев². Когда capsaicin или др. родственные 'vanilloid' химические соединения контактируют с кожей или слизистыми мембранами, то они активируют TRPV1, которые экспрессируются на высоком уровне в nociceptive Aδ - и C-волокнах, чтобы вызвать ощущение боли². Удивительно, но простое нагревание TRPV1-экспрессирующих клеток (или мембранных участков, происходящих из них) до более, чем 42 °C , то этого также достаточно, чтобы разбудить сильный ток катионов2. In vitro, реакции на тепло и capsaicin хорошо коррелируют в диссоцированных nociceptive нейронах². Генетическое устранение TRPV1 у мышей элиминирует чувствительность к capsaicin а также большинство активируемых теплом токов в этих клетках². In vivo, разрушение Trpv1 приводит к продожительной латентности возбуждаемого теплом поведения отдергивания лап и хвоста². Важно, однако, что эти поведенческие отклонения лишь частичны и наблюдаются только при относительно высоких температурах (свыше 50 °C)². Эти и др. данные^6,7 показывают, что TRPV1 участвует в, но не может только сам объяснить острое термальное ощущение боли в здоровой коже. Напротив, TRPV1, по-видимому, является основным участником усиленной термальной реакции, наблюдаемой после козного воспаления^2,8. Т.о., важность TRPV1 для термального болевого восприятия варьирует в зависимости от контекста.

Др. heat-пропускной TRP канал, TRPV2, стого экспрессируется в популяции соматосенсорных нейронов с характеристиками Aδ-nociceptors, но он экспрессируется также в др. нейрональных и не-нейрональных клетках². При гетерологической экспрессии, TRPV2 активируется с помощью очень высокой температуры (свыше 52 °C), паттерн экспрессии наблюдается также в некоторых Aδ-волокнах in vivo и в субнаборе чувствительных к высокой температуре DRG нейронов in vitro². Эти свройства подтверждают роль TRPV2 в трансдукции болевых ощущений от высокой температуры, хотя подтверждающие доказательства in vivo ещё не получены.

Два др. члена TRPV подсемейства, TRPV3 и TRPV4, также могут активироваться высокой температурой, а также химическими и осмотическими стимулами^4,5. TRPV4 обладает очевидным порогом примерно в 27–34 °C, в то время как таковой для TRPV3 составляет примерно 32–39 °C. Эти свойства в комбинации с их экспрессией в коже, делают TRPV3 и TRPV4 кандитами участниками в восприятии тепла. Наиболее выраженная экспрессия в коже этих каналов наблюдается скорее в эпителиальных клетках, чем в нейронах. Подтверждение роли TRPV3 и TRPV4 в восприятии тепла получены при анализе поведения Trpv3- и Trpv4-нулевых мутантных мышей. Оба мутанта обладаютex аномальным поведением термальной селекции, когда подвергались действию ряда тепловых воздействий, но не безболезненных минимальных температур. Более того, в экспериментах с оттдергиванием в ответ на болевые термальные воздействия Trpv3-нулевые мыши обнаруживали фенотип острой thermosensation, сходный с таковым у Trpv1-нулевых мышей, с более длинным латентным периодом оттдергивания при температурах свыше 50 °C. Напротив, Trpv4-нулевые мыши обнаруживают легкое увеличение латентности оттергивания только при 45–46 °C. Все эти нахродлки говорят в пользу диффернциальных, но возможно перекрывающихся ролей для TRPV1–4 в восприятии высоких температур.

Три дополнительных TRP канала, TRPM2, TRPM4 и TRPM5, также может быть активированы повышенными температурами4, 9; однако, доказательства их экспрессии в коже отсутствуют.

Cold transduction

После идентификации TRPV каналов в качестве переносчиков температурных сигналов, стал ключевой вопрос, вожможен ли перенос холода через TRP каналы. На него был быстро получен ответ с идентификацией TRPM8, ионного канала, активируемого с помощью слабого охлаждения по сравнению с нормальной температурой кожи (приблизительно 32 °C) до температур ниже 30 °C, или воздействия ментола и др. химических соединений, которые продуцируют ощущение холода^10,11. Кроме того, TRPM8 экспрессируется почти исключительрно в субпопуляции C-волокон^10,11. Эти свойства делают TRPM8 прекрасным кандидатом на роль холодового рецептора, хотя эту гипотезу еще предстоить протестировать in vivo.

Некоторые, реагирующие на холод диссоциированные сенсорные нейроны отвечают на температуры только ниже 20 °C. Одним из возмжных объяснений этого поведения явялется характеристика TRPA1 (ref. 12), члена TRP ankyrin подсемейства, которое экспрессируется в субнаборе TRPV1-позитивных nociceptors^12,13. Ankyrin повторы — структурные мотивы, найденные у многих белков, включая некоторые TRP каналы — как полагают, участвуют в межбелковых взаимодействиях. Члены. TRPA семейства содержат довольно большое количество таких повторов (TRPA1, напр., имеет 18). TRPA1 может быть активирован с помощью приема жгучих химических соединений, содержащих allyl и и реактивные sulphur группы, такие как те, что обнаруживаются в горчичном масле или чесноке, и с помощью др. раздражителей, подобных acrolein^14,15. Некоторые исследователи также сообщают, что TRPA1 может быть активирован с помощью холода ниже, чем 18 °C (refs 12,16), это позволяет предположить, что TRPA1 вносит вклад в TRPM8-независимую холодовую передачу.

Два in vivo исследования предоставили некоторое подтверждение этой идеи, описав дефицит в острой холодовой трансдукции или воспалением/повреждением-индуцированную гиперчувствительность к холоду у Trpa1-/- мышей17 и у крыс, подергнутых действию TRPA1-антисмысловых олигонуклеотидов18. Однако, др. исследован ия поставили под вопрос эти находки. Во-первых, некоторые исследователи оказались неспособны воспроизвести холодовую активацию гетерозиготно экспрессируемого TRPA1 (refs 14, 19). Во-вторых, в отдельном исследовании, диссоциированные сенсорные нейроны от др. Trpa1-мутантной линии мышей не обладали разливчимым дефицитом холодовой трансдукции и мыши не обнаруживали различий в поведенческих реакциях на холодную температуру²⁰. Основания для этих расхождений неясны, однако, проверка разных типов гиперчувствительности к холоду с использованием самцов по сравнению с самками мышей и дифференциальных стратегий к разрушению гена или нокдауну все могут служить способствующими факторами. Окончательная оценка вклада TRPA1 в холодовую трансдукцию ждет дальнейших исследований.

Участие TRP каналов в thermosensation не ограничивается млекопитающими. У Drosophila, 4 разных TRPA подсемейства каналов участвуют в термально индуцированном поведении4 (Table 1). Как и у млекопитающих действие этих каналов, распределяется по разным рангам температур и вызывают разные конечные исходы^4,5.

Не-TRP ионные каналы также могут участвовать в передаче холодовых сигналов в коже. Напр., в зависимости от или независимо от холодового воздействия запускаемое возбуждение сенсорных нейронов может зависеть от калиевых каналов, некоторые из которых обладают строгой температурной чувствительностью²¹.

Mechanotransduction

Разнообразные механосенсорные нейроны иннервируют кожу¹ (Fig. 1). Многие имеют сложные окончания, некоторые из которых ассоциированы со специализиованными клетками в коже. Легкие прикосновения опосредуются преимущественно Aβ афферентными нейронами с низкими механическими порогами.Восприятие болезненных прикосновений инициируются C- и Aδ-nociceptors с высокими порогами, которые могут быть полимодальными или сольными механорецепторами. C-волокна чувствительны к нежным прикосновениям, они были описаны у нескольких видов, включая людей, у которых они, как было предположено, вносят вклад в социальные взаимодействия, такие как материнская привязанность²².

Несмотря на интенсивные попытки открыть молекулы, которые инициируют тактильную чувствительность у млекопитающих, механизмы трансдукции в основном неизвестны. Концептуальная основа, инициирующая эти попытки, постулирует, что каналы трансдукции непосредственно активируются с помощью механических стимулов²³. В самом деле, механическое пропускание может быть генеральной моделью для ионных каналов24. Чувствительные к растяжению каналы обеспечивают пропуск посредством сил в мембранном бислое²³ (Fig. 2a). Эти каналы может быть активированы экспериментально путем давления на участки мембан, чтобы деформировать бислой. Они обнаружены в широком круге как бактериальных, так и эукариотических типов клеток и отностятся к структурно отличающимся семействам ионных каналов23.

Альтернативная direct-gating модель предполагает, что каналы привязаны к цитоскелету или внеклеточному матриксу и что натяжение этих соединений и контролирует пропускную способность каналов (Fig. 2b). Неясно, однако, купированы ли эти соединения непосредстванно в доменами каналов или они модулируют мембранные силы вокруг чувствительных к растяжению каналов. Модель соединений выявляется в биофизических исследованиях слуховых и вестибулярных волосковых клеток25; однако, генетический скрининг мпеханосенсорных мутантов у Drosophila и Caenorhabditis elegans выявил огромное множество молекулярных кандидатов, согласующихся с этой моделью26.

Третья возможность заключается в том, что каналы трансдукции купированы с белками, чувствительными к механическому воздействию, посредством сигнальных промежуточных звеньев (Fig. 2c).Напр., у C. elegans в полмодальных сенсорных нейронах активация трансдукционных каналов может нуждаться в продукции липидных метаболитов²⁷. Одним из ограничений непрямых механизмов является то. что они от природы медленнее, чем прямая мезаническая пропускная способность. Фактически непосредсвенная пропускная способность была впервые предположена для волосковых клеток из-за их удивительной скорости трансдукции (приблизительно 40 µs)²⁸. Сходные аргументы были выдвинуты для тактильных нейронов в теле C. elegans²⁹ и щетинок Drosophila bristles30; однако, описанное латентное состояние (около 200–500 µs) сходно с задержкой между присинаптическим поступлением кальция и постсинаптической реакцией при комнатной температуре (200–600 µs)³¹. Т.к. такая задержка достаточна для обеспечиения слияния пузырьков, диффузии трансмиттера и активации лагандом-контролируемых ионных каналов, то такая временная шкала сама по себе не может исключить косвенные coupling модели.

DEG/ENaC channels

Молекулярные основы прикосновений более экстенсивно были охарактеризованы в тактильных нейронах тела C. elegans²⁶. Электрофизиологически²⁹ и in vivo имаджинг³² предоставили непосредственные доказательства того, что трансдукционные каналы являются комплексами из degenerin/epithelial Na+ channel (DEG/ENaC) субъединиц MEC-4 и MEC-10, и двух дополнительных субъединиц (MEC-2 и MEC-6). Хотя вызванное прикосновением поведение зависит от специализированных микротрубочек и внеклеточных белков, эти специализированные микротрубочки не существенны для пропускной способности трансдукционных каналов²⁹.

На базе поразительных mec фенотипов, были тестированы роли mec-родственных молекул у млекопитающих в восприятии прикосновений. Мутантные мыши, лишенные mec-2-родственного белка, stomatin-like protein 3 (SLP3), обнаруживают заметную потерю чувствительности к прикосновениям in vitro и in vivo³³. Т.о, SLP3, по-видимому, важен для механотрансдукции в субнаборе кожных тактильных рецепторов. Напротив, сходные исследования показали. что три изоформы DEG/ENaC млекопитающих (Table 1) —acid-sensing ion channels (ASICs) — могут не обладать непосредственными ролями в механотрансдукции, а вместо этого могут модулировать передачу сенсорных сигналов. В коже, ASIC2 и 3 локализуются на периферии окончаний предполагаемых тактильных рецепторов; однако, генетическое нарушение ASIC субъединиц нарушает лишь слегка вызванные прикосновениями реакции немногих кожных афферентных субтипов34. Важно, что механические пороги не изменяются. Неожиданно, мыши, экспрессирующие доминантно негативную Asic3 мутацию, являются гиперчувствительными к остным механическим и химическим стимулам³⁵.

TRPN иTRPA channels

Подобно mec генам, Drosophila NOMPC (TRPN1) был идентифицирован в качестве кандидата на роль трансдукционного канала в генетическом скрининге животных, не чувствительных к прикосновениям³⁰. TRPN канады обладают необычно крупными N-терминальными доменами с 29 ankryin повторами. Drosophila nompC мутанты онаруживают дефекты слуха, прикосновений и proprioception. Более того, C. elegans TRPN1 гомолог trp-4 экспрессируется в механосенсорных нейронах^30,36 и, как былопредположено, участвует в proprioception на базе бросающихся в глаза локомоторных дефектов trp-4 мутантов³⁶.

В Drosophila слуховых антеннах и в волосковых клетках позвоночных механические стимулы инициируют два процесса, которые управляют слуховой чувствительностью: электрическое возбуждение, которое запускает нижестоящую передачу нейрональных сигналов и механическое умножение, которое увеличивает чувствительрность к определенным звуковым частотам. Интересно, что nompC мутации у Drosophila частично снижают механически вызываемые нейрональные сигналы в щетинках³⁰ и антеннах³⁷ , но полностью элиминируют механическую амплификацию в антеннах³⁸. Т.к. трансдукционная кухня (machinery) является существенной частью петли обратной связи амплификации, то эти результаты подтверждают, что NOMPC непосредственно участвует в трансдукции, но что он не может быть единственным трансдукционным каналаом в этих нейронах.

Гомолог NOMPC позвоночных, TRPN1,экспрессируется в механосенсорных волосковых клетках у некоторых рыб и амфибий^39,40, но отсутствует в геноме рептилий, птиц или млекопитающих. Волосковые клетки содержат кластер чувствительных к механическим воздействиям микроворсинки, известные как stereocilia, и одиночный настоящий cilium, kinocilium.Последний не нужен для механотрансдукции, хотя возможно он важен для развития или стимуляции стереоцилий in vivo. У рыбок данио рерио в волосковых клетках, RNA-interference нокдаун trpn1 элиминирует механически индуцируемые потенциалы³⁹. Неожиданно, преимущественная локализация каналов в kinocilia^39,40 указывает на то, что они не прямо обеспечивают трагсдукцию. Эти исследования подчеркивают филогенетически законсервированную роль TRPN каналов в передаче механосенсорных сигналов, однако, TRPN субъединицы могут также играть роль иную помимо трансдукции.

Интригующие фенотипы мутантов TRPN привлекают внимание к TRPA1, т.к. он единственный TRP канал млекопитающих с расширенным ankryin доменом и он экспрессируется в nociceptors12, 13, 19 и волосковых клетках^19,41. Интересно, что одна из изоформ Drosophila Trpa, painless, необходима для отдергивания от острых уколов (harsh prodding)⁴². Напротив, Trpa1-/- мыши обнаруживают незначительный 17 или отсуствие²⁰ дефицита в острой тактильной чувствительности, указывая тем самым, что TRPA1 не является существенным для механотрансдукции ву соматосенсорных нейроноах. Хотя RNAi-обусловленный нокдаун указывает, что TRPA1 является многобещающим кандидатом в трасдукции в волосковых клетках⁴¹, Trpa1-/- мыши имеют нормальную слуховую реакцию17, 20 и трансдукционные тиоки в волосковых клетках¹⁷. Вместе эти результаты показывают, что TRPA1 у млекопитающих играет минимальную роль в острой трансдукции механических стимулов, однако,исследования Trpa1-нокдауна демонстрируют, что этот канал является критическим для гиперчувствительности в отношении прикосновений и тепла, которая сопровождает воспаление кожи при воздействии горчичного масла, а также гиперчувствительности, вызываемой bradykinin. Т.о., TRPA1 может быть прекрасной мишенью для новых терапевтических средств против повышенной чувствительности к боли.

TRPV channels

Первым TRP каналом, обнаружившим участие в механосенсорике явился C. elegans TRPV канал OSM-9 (ref. 43). В полимодальных сенсорных нейронах ASH, OSM-9 и др. изоформа TRPV, OCR-2, ко-локализуются в сенсорных ресничках, что согласуется с идеей, что они формируют гетеромерные трансдукционные каналы. Подобно др. TRPV каналам, OSM-9/OCR-2 каналы, как полагают, являются полимодальными, т.к. мутации каждой из субъединиц нарушают уклонение от гипертонических, механических и химических стимулов.

Хотя эти стимулы возможно активируют OSM-9/OCR-2 каналы посредством самостоятельных сигнальных каскадов, каждый каскад может использовать polyunsaturated fatty acids (PUFAs)⁴³. Фактически, модуляция с помощью липидных метаболитов является свойством большинства TRP каналаов, включая Drosophila trp3. У C. elegans, мутации, которые затрагивают синтез PUFA , ка было установлено, компроментируют все три ASH-обеспечиваемые сенсорные ощущения, а также обонятельные ответы²⁷. Напротив, экзогенно воздействующие PUFAs быстро активируют ASH и и вызывают поведение уклонения osm-9-зависимым способом. Итак, эти данные подтверждают, что PUFAs продуцируются посредством каскадов сенсорной трансдукции, чтобы активировать OSM-9; однако, возможно также, что эти липиды служат как модуляторы каналов или обеспечивают липидную микросреду, которая является пермиссивной для функции канала.

У Drosophila две изоформы TRPV, nanchung (nan) и inactive (iav), являются важными для передачи сенсорных сигналов, т.к. мутации в любом из генов устраняют вызываемую звуком нейрональную активность в слуховых антеннах^44,45. Более того, NAN и IAV активируются с помощью гипотонических воздействий в гетерологических типах клеток, это указывает на то. что они могут трансдуцировать механические стимулы. Подобно OSM-9/OCR-2, NAN и IAV ко-локализуются в сенсорных ресничках механорецептивных нейронов^44,45. Неожиданно, green-fluorescent-белком-нагруженная версия IAV обнаруживается только в проксимальных частях cilium44, это не соласуется с гипотезой механически регулируемые каналы прикреплены к кончикам ресничек. Более того, в то время как мутации nompC устраняют механическую амплификацию в слуховой антенне, nan и iav мутации потери функции в действительности усиливают амплификацию³⁸. Это указывает на то, что NAN и IAV не являются частью механически активируемого трансдукционного комплекса. Альтернативная модель, которая может примирить эти находки, заключается в том. что чувствительные к механическим воздействиям белки косвенно активирую NAN/IAV каналы, чтобы вызывать эффект нижестоящей передачи сигналов (Fig. 2c). Одной из спекулятивных моделей является то, что NAN/IAV, подобно OSM-9/OCR-2, активируются метаболитами жирных кислот, хотя подобная передача сигналов не может быть достаточно быстрой, чтобы объяснить слуховую передачу у мух^37,44.

Вместе со своей ролью в восприятии тепла TRPV4 млекопитающих, как полагают участвует в механотрансдукции и osmosensation⁴⁶. Подобно NAN и IAV, гетерологически экспрессируемый TRPV4 может быть активированся гипотонических расстворов^47,48. Как и в случае OSM-9, осмотическая активация TRPV4 нуждается в метаболитах жирных кислот⁴⁹. Более того, TRPV4 может устранять некоторые сенсорные дефекты у C. elegans osm-9 мутантов⁴⁶. Хотя его экспрессия в сенсторных нейронах большого диаметра и клетках Merkel cells⁴⁷ согласуется с роль в прикосновениях к коже, нарушение экспрессии Trpv4 у мышей оказывает слабые эффекты на пороги острой механосенсорики^50,51. Функция TRPV4 вместо этого может быть важной для индуцированной воспалением механической гиперчувствительности и в nociceptive реакциях на гипотонические расстворы⁵².

Две дополнительные субъединиц TRPV млекопитающих участвуют в передаче механосенсорных сигналов. TRPV1 не имеет значения для кожной механосенсорики; однако, этот канал необходим для нормальных вызываемых растяжением рефлексов в мочевом пузыре⁵³ и для осмосенсации в гипоталямических нейронах⁵⁴. TRPV2 млекопитающих является кандидатом на роль канала механотрансдукции, т.к. он может быть активирован гипотоническими стимулами и растяжением in vitro⁵⁵ и он экспресссируется в соматосенсорных нейронах крупного диаметра².

Stretch-sensitive channels

Чувствительные к растяжению ионные каналы, которые экспрессируются в сенсорных нейронах, как предполагается, также участвуют механотрансдукции у млекопитающих. Напр., канонический TRP канал TRPC1, который активируется с помощью растяжения мембран в ооцитах Xenopus⁵⁶, широко экспресструется в клетках млекопитающих, включая соматосенсорные нейроны. Кроме того, чувствительный к растяжению двухпоровый калиевый канал TREK-1, по-видимому, играет ключевую роль в остром прикосновении: Trek-1-/- мыши обнаруживают заметно повышенную чувствительность к механическим стимулам низкого порога; но нормальну чувствительность к острому тепловому воздействию и пагубному давлению⁵⁷. Эти результаты подчеркивают тот факт, что многие типы каналов д. работать сочетанно, чтобы контролировать чувствительрность тактильных и болевых рецепторов. Roles for epidermal cells in somatosensation

Соматосенсорная трансдукция обычно, как полагают, возникает в окончаниях чувствительных нейронов. Клетки кожи часто рассматриваются как только свидетели этого процесса, предоставляя в ольшинстве своем физическую и трофическую поддержку этим нервным окончаниям. Возникло альтернативное мнение, что не-нейрональные клетки действуют как первичные передатчики некоторых физических и химических стимулов и что эти клетки могут, в свою очередь, общаться с соседними саматосенсорными afferents.

Epithelial cells as sensory receptor cells

Два типа эпителиальных клеток установлены в качестве медиаторов сенсорной трансдукции. Во-первых, волосковые клетки выполняют механотрансдукцию, которая лежит в основе слуховой и вестибулярной функции. В этих клетках, смпещение открывает каналы трансдукции вблизи кончиков стереоцилий, вызывая деполяризацию мембраны и последующее высвобождение нейротрансмиттера (почти определенно glutamate) из синапсов волосковых клеток на афферентные слуховые нейроны²⁵ (Fig. 3a). Во-вторых, вкусовое восприятие начинается с событий химической трансдукции, которая происходит в специализированных эпителиальных клетках вкусовых сосочков (Fig. 3b). Сигналы, с помощью которого вкусовые клетки общаются с афферентными нейронами не установлены с уверенностью, но ATP и serotonin являются наиболее вероятными кандидатами⁵⁸. Более того, имеются доказательства трансляции сигнала такого сорта, с помощью которого вкусовые клетки первоначально детектируются с помощью 'рецепторных' эпителиальных клеток, которые уже общаются с соседними 'output' эпителиальными клетками, которые, в свою очередь, передают сигнал сенсторны афферентным нейронам58 (Fig. 3b).

Keratinocytes

Кератиноциты, превалирующий тип клеток в эпидермисе, пролиферируют из базального слоя, расположенного на дермально-эпидермальной границе и, как полагают, координирующего программу дифференцировки и апикальной миграции, формирования хорошо орган изованного стратифицированного эпителия (Fig. 1). Хотя основное внимание было сфокусировано на химической и механической барьерных функциях кератиноцитов, физическая защита, по-видимому, как раз единственная роль этих клеток.

Три линии доказательств подтверждают, что кератиноциты участвуют в детекции физических и химически х стимулов. Во-первых, исследования по локализации с использованием генетически субпопуляции меченных нейронов показали, что по крайней мере, две популяции сенсорных афферентиных волокон ветвятся внутри разных эпидермальных слоев⁵⁹ (Fig. 1). Сенсорные нейроны, которые экспрессируют провоспалительные нейропептиды, такие как calcitonin gene-related polypeptide (CGRP), поднимаются через базальный эпидермальный слой, чтобы закончиться в соседнем слое, stratum spinosum. Напротив, популяция nonpeptidergic нейронов, которая экспрессирует специфческий G-protein-coupled рецептор, MrgD, заканчиваются боее поверхностно, в stratum granulosum. Эти две популяции нейронов обладают также самостоятельными паттернами проекции в спинном мозге и, по-видимому, самостоятельные сенсорные функции⁶⁰. Хотя классические синаптические структуры между кератиноцитами м окончаниями чувствительных нервов не были описаны, но близость этих типов клеток и даже тесное соприкосновение их мемран^61,62 предоставляют вполне достаточно возможностей для быстрого паракринного общения.

Вторая линия доказательств участия кератиноцитов в передаче сенсторных сигналов истекает из того факта, что эти клетки секретируют многочисленные химические субстанции, способные модулировать, активировать или ингибировать сенсорные нейроны. Примеры включают нейротрофины, АТФ, β-endorphin, interleukins и endothelin-1 (refs 63, 64, 65, 66). Интересно, что разные слои эпидермиса могут высвобождать субстанции с разными эффектами. В то время как поверхностные кератиноциты могут высвобождать antinociceptive молекулы, такие как β-endorphin, стимуляция глубоких слоев эпидермальных кератиноцитов приводик в высвобождению pro-nociceptive endothelin-1 (ref. 67). Присутствие таких потенциально антогонистичных систем в эпидермисе намекает на способность фильтрации сигналов или процессинг вышестоящей нервной системой.

Третьий факт, который подтверждает участие функции кератиноцитов в передаче острых сенсорных сигналов, заключаетя в том, что они экспрессируют различные рецепторы, которые участвуют в восприятии боли или температуры. Некоторые из них являются рецепторами для химичеких субстанций, упомянутых выше. В этих случаях трудно различить облегчают ли рецепторы передачу сигналов внутри кератиноцитов, передачу сигналов кератиноци-нейрон или в обоих. Напр., механически стимулированные кератиноциты in vitro вызывают высвобождене АТФ и передачу сигналов посредством metabotropic АТФ рецептора P2Y2 (ref. 66). Активация P2Y2 мобилизует высвобождение внутриклеточного Ca2+ из хранилищ, это в свою очередь индуцирует высвобождение ещё ольших количеств АТФ стимулируемыми кератиноцитами. Результатом является межклеточная передача, которая распространяется по всей культуре.Если сенсьорные нейроны ко-культивируются с кератиноцитами, стимулированными подобным образом, то нейроны обнаруживают задержку активации посредством своих собственных purinergic рецепторов66. Хот такая последовательность событий не установлена in vivo, это дает правдоподобную картину того, как физические стимулы могут вызывать возбуждение сенсорных нейронов.

Недавние данные также показывают, что кератиноциты могут трансдуцировать тепловые стимулы. Напр., активируемые теплом ионные каналы TRPV3 и TRPV4 с легкостью обнаруживаются в кератиноцитах, чем в сенсорных нейронах^4-6. Токи, вызываемые этими двумя типами каналов, могут быть индуцированы тепловой стимуляцией культивируемых кератиноцитов и отличены на базе их кинетических свойств^4,5. Эти реакции могут быть усилены с помощью агонистов TRPV3 или TRPV4 (camphor или 4-α-phorbol 12,13-didecanoate (4αPDD), cjjnd/) и элиминированы с помощью нарушений Trpv3 или Trpv4 ^4,5.

Экспрессия функциональных TRPV3 и TRPV4 в кератиноцитах сочетается с дефектами термосенсорного поведения у Trpv3- or Trpv4-нулевых мутантных мышей представляет собой строгие, но косвенные доказательствах вклада кератиноцитов, экспрессирующих каналы для восприятия тепла. Если это та, то как стимуляция этих каналов приводит к активации нейронов, пока неясно. Одно из недавних исследований демонстрирует, что химическая активация TRPV3 в кератиноцитах, культивируемых из эпителия языка, вызывает высвобождение interleukin-1α65, обеспечивая подтверждение идеи, что активация канала TRPV в кератиноцитах стимулирует высвобождение биоактивных субстанций.

Экспрессия TRPV1 в кератиноцитах также описана, а capsaicin может индуцировать высвобождение interleukin-8 из иммортализованных кератиноцитов человека5. Сходным образом, в мочевом пузыре TRPV1 экспрессируется как в сенсорных нейронах, так и в urothelial клетках, которые формируют эпителий просвета мочевого пузыря. Фактически, TRPV1 является важным для индуцированного растяжением высвобождения АТФ из urothelium, процессом, который запускает активацию афферентных нейронов и отражает контракцию мочевого пузыря⁵.

Несмотря на эти находки, отсутствуют прямые доказательства острой передачи сигналов от кератиноцитов сенсорным нейронам. Более того, АТФ рецепторы и TRPV каналы в кератиноцитах почти опеделенно выполняют др. функции. Напр., внеклеточный АТФ необходим для барьерной функции кератиноцитов. Кроме того, выявляются аномалии в целостности волос68 или цикла волосяных фолликулов69 у Trpv3- и Trpv1-нулевых мышей, соотв., также как и у грызунов, экспрессирующих мутантную форму Trpv3 (ref. 70).

Merkel cells

Комплексы Merkel клетка-нейрит, которые обеспечивают субнабор реакций медленной адаптации на прикосновения, важны для определения очертаний, формы и текстуры⁷¹. Эти комплексы готовят клетки Merkel к тесной ассоциации с Aβ-афферентными окончаниями (Fig. 3c). Они обнаруживаются в базальном эпидермальном слое области кожи, чувствительной к прикосновениям, включая кожу, лишенную волос, фолликулы усов и touch domes.

Параллели, идентифицированные между клетками Merkel и волосковыми клетками позволяют предполагать, что клетки Merkel являются сенсорными клетками, которые трансдуцируют прикосновения и затем общаются с афферентными волокнами с помощью синаптической трансмиссии⁷¹ (Fig. 3c). Во-первых, оба эпителиальных типа клеток, по-видимому, образуют синаптические контакты с сенсорными окончаниями. Во-второых, клетки Merkel содержат удлиненые микроворсинки, напоминающие волосковые клетки стереоцилий. Фактически, клетки Merkel экспрессируют изоформу espin, которая обнаруживается только в микроворсинках сенсорных клеток, таких как волосковые клетки, клетки вкусовых рецепторов и vomeronasal нейроны⁷². Наконец, Merkel клетки и волосковые клетки экспрессируют одни и те же онтогенетические транскрипционные факторы, включая atonal homologue 1 млекопитающих (ref. 73) и growth-factor independent 1 (ref. 74). Хотя такие сходства являются интригующими, разработаные эксперименты, чтобы детерминировать, необходимы ли клетки Merkel для тактильной чувствительности, дали противоречивые результаты⁷¹ и до сих пор не получены прямые доказательства, демонстрирующие, что клетки Merkel активируются прикосновением.

Идея, что клетки Merkel являются пресинаптическими, подтверждается морфологическими и молекулярными исследованиями⁷¹; однако, функциональные исследования, которые тестировали роль синаптической трансмиссии при прикосновении, дали конфликтующие результаты^71-77. Клетки Merkel содержат пузырьки с плотной сердцевиной, которые напоминаю неросекретоные пузырьки. Более того, клетки Merkel имеют мембранные плотности, сходные с таковыми синаптически активной зоны и они экспрессируют piccolo, белок пресинаптической активной зоны⁷⁸. Т.к. клетки Merkel экспрессируют молекулы, необходимые для высвобождения синаптического glutamate и продукции нейропептида78, то остается открытым важный вопрос или синапсы клеток Merkel являются возбуждаемыми или они посылают модулирующие сигналы, чтобы регулировать чувствительные к прокосновениям нерйоны.

Др. проблемой простой модели является то, что клетки Merkel не ассоциированы с сенсорными нейронами^76,79. Эти данные подтверждают, что нейротрансмиттеры могут высвобождаться сенсорными нейронами или кератиноцитами, чтобы передать сигнал клеткам Merkel или вообще передача сигналов клеток Merkel может быть аутокринной.

Future directions

A flurry of recent work has indicated that many ion channels are in the right place иhave the right properties to participate in the skin's sensory functions. These advances have uncovered recurring themes but have also provided a tantalizing glimpse of the molecular complexity of somatosensory transduction. A key challenge now is to explain the molecular logic of touch, temperature sensation and nociception.

One unifying principle is the participation of TRP channels in somatosensation. The extent to which these channels exhibit specialized versus overlapping functions remains to be clarified. Their heterogeneity might be further increased by heteromultimerization among TRP subunits or splice variants. Moreover, changes in channel expression, sensitivity or interactions might contribute to alterations in sensory perception that accompany tissue inflammation.

A second recurring theme is the polymodality of putative transduction channels, which raises the possibility that sensory integration begins at the first step of signalling. Whether иhow stimuli converge to modulate ion channels in vivo are crucial open questions. To answer them, we must first understand how physical иchemical stimuli control channel gating. For example, an important step is to determine how force opens mechanotransduction channels, such as the MEC-4/MEC-10 complex. Structure иfunction studies have begun to define TRP channel domains required for activation by chemical stimuli^80,81. Moreover, thermodynamics-based efforts have yielded some insight into thermosensitivity⁸². Nonetheless, our understanding of polymodal channel gating remains rudimentary and requires higher-resolution structural иfunctional studies.

A theme revealed by invertebrate systems is the molecular heterogeneity of mechanotransduction. Although vertebrate DEG/ENaC иTRP channels are currently under the greatest scrutiny as candidate transduction channels, the subtle mechanosensory defects in knockout mice suggest that there are other candidates still to be identified. It is possible that structurally unrelated mechanotransduction channels have yet to be discovered, as was highlighted by the recent finding that Ca2+-release-activated Ca2+ channels belong to a previously unrecognized ion channel family⁸³. We also need new strategies for evaluating candidate mechanotransduction channels. For example, techniques for measuring transduction currents in the skin are essential for determining whether a candidate acts directly in transduction or in signal propagation.

A final emerging concept is the role of epithelial cells in sensory transduction. A fundamental open question is whether skin cells truly act as first-line transducers of physical stimuli, or whether their expression of TRP channels reflects modulatory or non-sensory functions. If epithelial cells do mediate sensory transduction, we must discover mechanisms of signal relay иspecificity between epithelial cells иneurons. For example, a molecule released from heat-activated keratinocytes must excite the correct sensory neuron subtypes иmust be short-lived enough to allow discrimination of acute changes in skin temperature. For Merkel cells, the synaptic junctions with Aβ-fibres provide a mechanism for specificity и speed; however, the direction and type of signalling between Merkel cells and sensory neurons are open questions.

Mechanisms of sensory transduction in the skinEllen A. Lumpkin and Michael J. Caterina Nature, V.445, No 7130, 858-865 (22 February 2007)

Mechanisms of sensory transduction in the skin
Ellen A. Lumpkin and Michael J. Caterina
Nature, V.445, No 7130, 858-865 (22 February 2007)