Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54629 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика Ex vivo monitoring of atp secretion by taste cells Наблюдение секреции АТФ вкусовыми клетками EX VIVO Хохлов А А Khokhlov A A Рогачевская О А Rogachevskaya O A o.rogachevskaja@gmail.com Институт биофизики клетки РАН ru Institute of Cell Biophysics RAS ru Институт биофизики клетки РАН ru Institute of Cell Biophysics RAS ru 25 06 2021 25 06 2021 6 2 226 229 20 06 2021 20 06 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54629/view

Вкусовая трансдукция начинается с распознавания вкусовых молекул специализированными рецепторами апикальной мембраны вкусовых клеток и завершается кодированием сенсорной информации в форме стимул-зависимого выброса афферентного нейротрансмиттера АТФ, стимулирующего вкусовой нерв. Этот процесс подробно изучался на уровне одиночных клеток типа II, экспрессирующих специализированные вкусовые GPCR рецепторы семейств T1 и T2. Показано, что при трансдукции вкусового сигнала синаптическая передача обеспечивается функционированием во вкусовых клетках типа II неканонического химического синапса: выброс АТФ осуществляется Са2+-независимым образом через АТФ-проницаемые ионные каналы базолатеральной мембраны. Между тем, при исследовании стимул-зависимости выброса АТФ на уровне одиночных клеток или изолированных вкусовых почек практически невозможно стимулировать только апикальную мембрану клеток. Поэтому в таких экспериментах существует вероятность неспецифических эффектов вкусовых соединений. Для исследования секреции АТФ вкусовыми клетками в условиях физиологически адекватной стимуляции нами разработан экспериментальный подход, основанный на использовании модифицированной камеры Уссинга. Камера формировалась двумя перфузируемыми отсеками, между которыми плотно зажимался и изолировался фрагмент языкового эпителия, содержащий желобоватый вкусовой сосочек. Вкусовые стимулы подавались через верхний отсек, в который была обращена наружная часть эпителия. Базальная часть вкусовых почек была обращена в нижний отсек, заполняемый люциферин-люциферазной смесью для детекции выброса АТФ. Данный подход впервые позволил в режиме реального времени наблюдать выброс АТФ вкусовыми клетками в ответ на стимуляцию вкусовыми веществами, доступными только для апикальной мембраны.

Taste transduction starts off the recognition of tastants by specialized receptors in the apical membrane of taste cells and ends with the encoding of sensory information in the form of a stimulus-dependent release of the afferent neurotransmitter ATP, which stimulates the taste nerve. This process has been studied in detail at the level of type II single cells expressing specialized taste GPCR receptors of the T1 and T2 families. It has been shown that, upon transduction of a taste signal, synaptic transmission is ensured by the functioning of a non-canonical chemical synapse in type II taste cells: ATP is released in a Ca2+ -independent manner through ATP-permeable ion channels of the basolateral membrane. Meanwhile, in single cell experiments it is practically impossible to stimulate only the apical membrane of cells; however, this is feasible when registering the activity of the taste epithelium due to the physical isolation of the apical and basolateral parts. To study the secretion of ATP by taste cells under conditions of physiologically adequate stimulation, we used a modernized Ussing chamber provided an opportunity to stimulate separately the apical part of taste cells exposed to the upper cell of the chamber and to detect ATP secreted from the basal part of the epithelium into the lower cell of the chamber filled with a mixture of luciferin-luciferase. The developed experimental scheme made it possible to on-line register a series of ATP releases by the taste epithelium in response to stimulation of the apical part of the epithelium with bitter taste substances.

 камера Уссинга люциферин-люциферазный метод секреция АТФ вкусовой рецепторный эпителий Ussing chamber luciferin-luciferase ATP secretion taste epithelium Работа выполнена при поддержке РФФИ № 20-04-01035 (рук. О.А. Рогачевская).

Taruno A., Nomura K., Kusakizako T., Ma Z., Nureki O., Foskett J.K. Taste transduction and channel synapses in taste buds. Pflugers Archiv, 2021, vol. 473. doi: 10.1007/s00424-020-02464-4 Taruno A., Nomura K., Kusakizako T., Ma Z., Nureki O., Foskett J.K. Taste transduction and channel synapses in taste buds. Pflugers Archiv, 2021, vol. 473. doi: 10.1007/s00424-020-02464-4 Finger T.E., Danilova V., Barrows J., Bartel D.L., Vigers A.J., Stone L., Hellekant G., Kinnamon S.C. ATP signaling is crucial for communication from taste buds to gustatory nerves. Science, 2005, vol. 310, no. 5753. doi: 10.1126/science.1118435 Finger T.E., Danilova V., Barrows J., Bartel D.L., Vigers A.J., Stone L., Hellekant G., Kinnamon S.C. ATP signaling is crucial for communication from taste buds to gustatory nerves. Science, 2005, vol. 310, no. 5753. doi: 10.1126/science.1118435 Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Jiang P., Margolskee R.F., Kolesnikov S.S. Afferent neurotransmission mediated by hemichannels in mammalian taste cells. EMBO Journal, 2007, vol. 26, no. 3. doi: 10.1038/sj.emboj.7601526. Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Jiang P., Margolskee R.F., Kolesnikov S.S. Afferent neurotransmission mediated by hemichannels in mammalian taste cells. EMBO Journal, 2007, vol. 26, no. 3. doi: 10.1038/sj.emboj.7601526. Romanov R.A., Lasher R.S., High B. et al. Chemical synapses without synaptic vesicles: Purinergic neurotransmission through a CALHM1 channel-mitochondrial signaling complex. Science Signaling, 2018, vol. 11, no. 529. doi: 10.1126/scisignal.aao1815 Romanov R.A., Lasher R.S., High B. et al. Chemical synapses without synaptic vesicles: Purinergic neurotransmission through a CALHM1 channel-mitochondrial signaling complex. Science Signaling, 2018, vol. 11, no. 529. doi: 10.1126/scisignal.aao1815 Rogachevskaya O.A., Churbanov G.D., Bystrova M.F., Romanov R.A., Kolesnikov S.S. Stimulation of the extracellular Ca2+-sensing receptor by denatonium. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2011, vol. 416, no. 3-4. DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.11.095 Rogachevskaya O.A., Churbanov G.D., Bystrova M.F., Romanov R.A., Kolesnikov S.S. Stimulation of the extracellular Ca2+-sensing receptor by denatonium. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2011, vol. 416, no. 3-4. DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.11.095 Ussing H.H., Zerahn K. Active transport of sodium as the source of electric current in the short-circuited isolated frog skin. Acta Physiologica Scandinavica, 1951, vol. 23. DOI: 10.1111/j.1748-1716.1951.tb00800.x Ussing H.H., Zerahn K. Active transport of sodium as the source of electric current in the short-circuited isolated frog skin. Acta Physiologica Scandinavica, 1951, vol. 23. DOI: 10.1111/j.1748-1716.1951.tb00800.x Geraedts M.C., Troost F.J., De Ridder R.J., Bodelier A.G., Masclee A.A., Saris W.H. Validation of Ussing chamber technology to study satiety hormone release from human duodenal specimens. Obesity, 2012, vol. 20, no. 3. doi: 10.1038/oby.2011.104 Geraedts M.C., Troost F.J., De Ridder R.J., Bodelier A.G., Masclee A.A., Saris W.H. Validation of Ussing chamber technology to study satiety hormone release from human duodenal specimens. Obesity, 2012, vol. 20, no. 3. doi: 10.1038/oby.2011.104 He L., Yin Y., Li T., Huang R., Xie M., Wu Z., Wu G. Use of the Ussing chamber technique to study nutrient transport by epithelial tissues. Frontiers in Bioscience (Landmark Ed), 2013, vol. 18. doi: 10.2741/4178 He L., Yin Y., Li T., Huang R., Xie M., Wu Z., Wu G. Use of the Ussing chamber technique to study nutrient transport by epithelial tissues. Frontiers in Bioscience (Landmark Ed), 2013, vol. 18. doi: 10.2741/4178 Shannon I.L., Suddick, R.P., Dowd Jr. F.J. Saliva: composition and secretion. Monographs in oral science, Basel, Karger, 1974, vol. 2, no. 1. PMID: 4601379 Shannon I.L., Suddick, R.P., Dowd Jr. F.J. Saliva: composition and secretion. Monographs in oral science, Basel, Karger, 1974, vol. 2, no. 1. PMID: 4601379 Baryshnikov S.G., Rogachevskaja O.A., Kolesnikov S.S. Cacium signaling mediated by P2Y2 receptors in mouse taste cells. The Journal of Neurophysiology, 2003, vol. 90. doi: 10.1152/jn.00312.2003 Baryshnikov S.G., Rogachevskaja O.A., Kolesnikov S.S. Cacium signaling mediated by P2Y2 receptors in mouse taste cells. The Journal of Neurophysiology, 2003, vol. 90. doi: 10.1152/jn.00312.2003