Мутантные черви оказались восприимчивее к опиоидам

Исследование поведения мутантных ГМ-червей Caenorhabditis elegans позволило ученым из Флориды обнаружить у рецептора GPR139 и его гомологов антиопиоидную активность. Кодирующий его ген активен там же, где и ген обычного опиоидного рецептора, он связывается с ним и подавляет его деятельность, а его поломка увеличивает восприимчивость червей к опиоидам. Порча этого гена у мышей тоже повлияла на чувствительность к опиоидам: последние лучше снимали боль и вызывали меньшее привыкание. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Опиоиды (например, морфин и его производные) широко используются в медицине в качестве сильных обезболивающих. Механизм действия на молекулярном уровне заключается том, что они связываются со своими рецепторами в мозгу, а те активируют G-белки и в конечном счете подавляют аденилат циклазу и запускают гиперполяризацию мембраны. Существует несколько типов рецепторов опиоидов, но действие большинства опиоидных анальгетиков связано со стимуляцией μ-рецепторов. К сожалению, этот способ обезболивания нельзя назвать безопасным: он вызывает физическое привыкание и другие побочные эффекты.

Дандан Ван (Dandan Wang) вместе со своими коллегами из Института Скриппса создал модель для исследования генов, влияющих на действие этого рецептора. В качестве экспериментального объекта ученые выбрали генетически модифицированного червя C. elegans, в котором гены μ-рецепторов млекопитающих активировались в нервной системе. Фентанил и морфин оказывали на таких мутантов — как и на млекопитающих — седативный эффект и они еле двигались. Кроме того, авторы статьи заметили, что при повышенной чувствительности черви не только перестают шевелиться, но и быстрее приходят в себя от опиоидного воздействия. Это свойство стало ключевым для дальнейшего поиска белков-регуляторов μ-рецепторов.

Чтобы найти такие регуляторы, исследователи повторно мутировали 2500 червей случайным образом и получили от них потомство, так что в итоге у них оказалось порядка шестисот тысяч C. elegans со встроенным μ-рецептором и каким-нибудь мутантным геном. Проверяя, насколько быстро черви отходят от фентанилового паралича и успевают ли после него за определенное время доползти из середины чашки Петри до края, исследователи отбирали гиперчувствительных мутантов. Самым перспективным с точки зрения дальнейшего исследования оказался мутант с ранним стоп-кодоном в гене frpr-13. Он кодирует еще один рецептор связанный с G-белками и имеет родственные гены у млекопитающих: GPR139 и GPR142.

Кроме того, ученые проверили взаимодействие белков GPR139 и μ-рецептора в клеточных линиях и на мышах in vivo. В экспериментах на мышах они показали, что этот ген активен там же, где и ген опиоидного рецептора, а сам белок в избытке подавляет гиперполяризацию клеточных мембран и, как следствие, уменьшает действие морфина и фентанила. В обратном эксперименте при выключении гена GPR139 мыши, наоборот, становились чувствительнее к опиоидам, причем это было заметно и в поведенческих болевых тестах, где мыши оказались способны терпеть гораздо больше. Особого внимания заслуживает наблюдение, что — как и черви — мыши быстрее приходили в себя после снятия препарата: абстинентный синдром у них был менее выражен и они меньше теряли вес.

Открытие новой анти-опиоидной системы с участием GPR139 может иметь и практическое значение, ведь блокировка этого гена уменьшает побочные эффекты применения опиоидов и усиливает их прямое анестетическое действие. Это не единственная разработка, направленная на оптимизацию действия опиоидов. Например, одну из модификаций фентанила научили работать только в очаге воспаления.

Вера Мухина