Průlomový objev odhaluje, jak transport polyaminu genu SLC45A4 v senzorických neuronech, přetváření našeho porozumění bolesti a otevírání nových cest pro cílené terapie.
Studie: SLC45A4 je genem bolesti kódující neuronální polyaminový transportér. Obrázek kredit: Gorodenkoff / Shutterstock
V nedávné studii zveřejněné v časopise PřírodaMezinárodní tým vědců ukázal, že člen solutového nosiče 45 člen 4 (SLC45A4) je genem bolesti, který kóduje neuronální polyaminový transportér.
Chronická bolest postihuje jednoho z pěti dospělých a má nepříznivý dopad na kvalitu života. Bohužel dostupná léčba je často nedostatečná, se špatnou snášenností a účinností. Polyaminy, jako je spermidin, spermin a putrescin, jsou regulační metabolity, o nichž se uvádí, že přispívají k chronické bolesti. Hrají klíčové role v syntéze a stabilitě nukleových kyselin, buněčná signalizacea růst.
Polyaminy jsou zapojeny do neurologických poruch, jako je mrtvice a epilepsie. Mohou regulovat neuronální excitabilitu prostřednictvím interakcí iontových kanálů a byli spojeni s bolestí. Polyaminy vykazují změněné hladiny ve stavech bolesti u lidí a modulují bolesti bolesti u zvířecích modelů. Nicméně systémy ovlivňující transport polyaminu v nervový systém zůstat nejasný.
Studie a zjištění
V této studii vědci ukázali, že SLC45A4 kóduje neuronální membránový polyaminový transportér geneticky spojený s lidskou chronickou bolestí. Nejprve provedli studii asociace genomu (GWAS) údajů o dotazníku Enhanced Pain Fenotyping z Biobank BILING BILGOM (UKB).
Tým identifikoval 29 variant s jedním nukleotidem (SNV) na úrovni významnosti genomu spojené s intenzitou bolesti. Jednalo se o dva nezávislé lokusy s olovo SNV: RS3905668 poblíž genu podjednotky 2 (MSL2) MSL (MSL2) a RS10625280 (dříve nesprávný jako RS1062580), který mapuje do genu SLC45A4. Tato asociace byla replikována v programu Million Veteran (MVP) a Finngen. RS10625280 byl umístěn v rámci intronu SLC45A4, přičemž podskupina SNV vykazuje nerovnováhu vazeb. Jeden z nich, varianta Missense, RS3739238, vykazovala významná souvislosti s intenzitou bolesti a širších zdravotních vlastností, jako je osteoartróza a imunitní dysfunkce v analýzách celé fenomu.
SLC45A4 byl navržen jako proton-vázaný transportér sacharózy založený na homologii s Arabidopsis thaliana Transportér sacharózy, ale nedávné studie uvádějí protichůdné funkce. Vědci proto provedli korelační analýzu mezi expresí a metabolomickými datovými sadami pro identifikaci možných substrátů. Exprese SLC45A4 ve více než 1 000 buněčných linií byla pozitivně korelována s hladinami kyseliny y-aminobutylové (GABA). Strukturální analýza kryo-EM odhalila jedinečnou autoinhibiční „doménu zástrčky“ nezbytné pro rozpoznávání polyaminu a regulaci transportu.
Dále tým analyzoval substráty zapojené do syntézy GABA prostřednictvím arginin-ornin-putrescinové dráhy. Zjistili výrazné snížení tepelné stability SLC45A4 v přítomnosti biogenních aminů, přičemž nejvýznamnější odpověď indukuje spermidin a spermin. Testy na bázi buněk potvrdily, že SLC45A4 je široko specifický polyaminový transportér s diferenciální afinitou pro substráty (nejvyšší pro putrescin a kadaverin). Dále tým charakterizoval expresi SLC45A4 v nervových tkáních.
Publikované datové soubory sekvenování myší RNA označují převládající expresi mRNA SLC45A4 ve smyslových neuronech dorzálních kořenů (DRG). Kvantitativní polymerázová řetězová reakce s reverzní transrikcí potvrdila obohacenou expresi SLC45A4 v DRG přes senzorickou neuraxi. Publikovaná lidská data také naznačují expresi SLC45A4 ve smyslových neuronech. Dále byly vytvořeny myši SLC45A4-/- Knockout (KO), aby se vyhodnotily vazby mezi vnímáním bolesti a funkcí SLC45A4. Tyto myši vykazovaly přechodnou vadu „sůl a pepřový“ defekt kabátu spojenou s narušenou diferenciací melanoblastů a zavedenou roli spermidinu v spermidinu v roli spermidinu v spermidinu Produkce melaninuPodpora role spermidinu v produkci melaninu.
Všechny polyaminy byly hojné v míše, DRG a mozku myší divokého typu. Ztráta SLC45A4 však zvýšila putrescin DRG a snížila hladiny míchy spermidinu. Zatímco všechny polyaminy byly detekovány v plazmě myší divokého typu a KO, KO myši měly zvýšené hladiny SPD. Dále tým provedl behaviorální testování ve věku 10 týdnů, kdy byla barva kabátu normalizována. Při zkouškách průzkumu a lokomoce na otevřeném poli neexistovaly žádné deficity.
V rotarodové úloze však měly KO myši vyšší maximální konečnou rychlost a latence klesat z rotarodu než myší divokého typu, což ukazuje na zvýšenou motorickou vytrvalost, která může být spojena se sníženou inhibicí ventrálního rohu GABAergic. Kromě toho měly KO myši vyšší latenci, aby reagovaly na umístění na horkou desku než myši divokého typu, což naznačuje hyposenzitivitu. V reflexní latence na odsušení ledu však nebyly pozorovány žádné rozdíly. Protože polyaminy jsou zapojeny do syntézy GABA, tým zkoumal, zda hladiny GABA byly změněny u KO myší.
Zatímco hladiny GABA mozku byly u myší KO normální, hladiny páteře GABA byly významně sníženy. Další analýzy ukázaly, že hladiny GABA byly významně nižší pouze ve ventrálním rohu KO myší. Byla provedena analýza smyslových neuronů patch-uzávěrů za účelem prozkoumání mechanismů modulace periferní bolesti se zaměřením na nociceptory, které se vážou na izolektin B4 (IB4) (převážně nepeptidergické) a ty, které se nevážejí na IB4 (převážně peptidergic).
Zatímco nociceptory IB4+ byly u KO myší normální, suprathreshold excitabilita nociceptorů IB4⁻ a C-polymodální nociceptory v reakci na dynamické a statické proudové injekce u KO myší. Navíc u-nociceptory C-Mechano-Heat, také nazývané C-Polymodální nociceptory, u myší KO vykazovaly selektivní a výraznou hypoexcitabilitu v reakci na suprathreshold mechanické a tepelné podněty. Cesty mechanické bolesti zůstaly neporušené, což naznačuje účinky specifické pro modalitu.
Závěry
Zjištění ukazují, že SLC45A4 kóduje neuronální polyaminový transportér s genetickými asociacemi na lidskou bolest. Je exprimován ve smyslových neuronech a jeho ablace mění polyaminové homeostázy, vnímání bolesti a tepelné kódování u myší. Reakce mechanické bolesti po SLC45A4 KO zůstaly neporušené, pravděpodobně kvůli zachovaným funkcím jiných populací mechanoreceptorů. Celkově může být SLC45A4 potenciálním molekulárním cílem pro modulaci vnímání tepelné a chemické bolesti při zachování mechanické citlivosti.
