Одни из самых многочисленных рецепторов способны передавать в клетку не менее 2 бит информации.
Органами чувств для клетки служат рецепторы – большие белковые молекулы, которые воспринимают различные сигналы, как из внешней среды, так и внутри самой клетки, и передают эти сигналы другим молекулам, которые в соответствии с полученными сигналами должны что-то предпринять.
У рецепторов много разновидностей, одна из самых многочисленных – GPCR (G-protein-coupled receptors, то есть рецепторы, сопряжённые с G-белком). Структура и общий принцип работы у них одинаковы, почему их и объединяют в одном семейство, притом разные виды GPCR воспринимают совершенно разные сигналы: феромоны, нейромедиаторы, гормоны, какие-то пахучие вещества и т. д.
GPC-рецепторы сидят в мембране, но так, чтобы связываться с молекулами и с наружной, и с внутренней ее стороны. Когда с наружной стороны мембраны с рецептором взаимодействует какое-то вещество, молекула рецептора меняет конформацию и активирует с внутриклеточной стороны своего постоянного напарника – G-белок. Это молекула-посредник: получив сигнал от своего рецептора, G-белок взаимодействует с другими белками, запуская или тормозя те или иные биохимические реакции.
По сути, рецепторы, и GPCR, и все прочие – это проводники информации. Но сколько информации может передать один рецептор? Если говорить о тех же GPCR, то кажется, что у них может быть только два состояния: «вкл.» и «выкл.». Либо с рецепторной молекулой что-то связалось (то есть пришел сигнал) и рецептор как-то отреагировал, либо сигнала нет – сигнальная молекула ушла от рецептора и он вернулся в исходное состояние. Иными словами, рецептор способен передавать только 1 бит информации.
Однако, как показали эксперименты Владимира Катанаева и его коллег из Дальневосточного федерального университета и Лозаннского университета, информационные возможности GPC-рецепторов на самом деле больше. Исследователи работали с мускариновыми рецепторами, которые относятся к семейству GPCR и которые реагируют на нейромедиатор ацетилхолин, помогая передавать сигналы между нейронами, клетками мускулатуры и клетками желез. (Мускариновыми их назвали потому, что они, кроме ацетилхолина, могут взаимодействовать и с мускарином – грибным алкалоидом, который в изобилии содержится в красных мухоморах.)
После активации мускариновых рецепторов в клетках происходит множество событий, в частности, меняется уровень кальция. Анализируя изменения в кальции, которые случались в отдельной клетке после активации мускариновых рецепторов, авторы работы пришли к выводу, что емкость рецепторных каналов составляет не 1, а по меньшей мере 2 бита. А это, в свою очередь, означает, что клетка может различать, по крайней мере, четыре степени концентрации сигнального вещества. То есть внешнюю среду клетка с более чем двухбитным рецептором способна чувствовать более тонко. Подробно результаты исследований опубликованы в Nature Communications.
С одной стороны, новые данные сообщают нам нечто новое о самых фундаментальных основах жизнедеятельности клетки. С другой стороны – если учесть, что, как говорит сам Владимир Катанаев, половина всех существующих лекарств нацелена на GPC-рецепторы, практическое значение этой работы тоже трудно переоценить.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение