Descoperirea modului în care simțim temperatura și atingerea câștigă Premiul Nobel pentru medicină 2021

Unele cercetări emoționante au luat Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină în 2021. David Julius de la Universitatea din California, San Francisco și Ardem Patapoutian de la Institutul de Cercetare Scripps din La Jolla, California, au primit premiul pe 4 octombrie pentru cercetările lor de identificare a senzorilor de pe celulele nervoase care detectează căldura, frigul și presiunea.

Laureații au descoperit proteine ​​numite receptori care transformă căldura arzătoare de la ardei iute sau o sobă încinsă, senzația de răcire a mentolului sau presiunea dintr-o îmbrățișare în semnale nervoase care pot fi trimise către creier. Aceste proteine ​​sunt cruciale pentru simțul tactil și pentru a simți durerea.

Recunoașterea cercetării de bază asupra atingerii este importantă pentru că „este o funcție atât de elementară a sistemului nervos, care este modul în care reacționăm cu mediul nostru”, spune Walter Koroshetz, director al Institutului Național de Boli Neurologice și AVC din Bethesda, Maryland.

Senzorii de temperatură avertizează asupra pericolului cauzat de incendiu sau frig extrem, a spus Abdel El Manira, neuroștiință și membru al Adunării Nobel a Institutului Karolinska, care acordă premiul pentru fiziologie sau medicină.

Receptorii tactili sunt importanți pentru a simți unde se află părțile corpului nostru în spațiu. „Fără ei, nu am fi în stare să stăm în picioare. Nu am fi capabili să atingem sau să simțim împrejurimile noastre”, a spus El Manira. „În ultimul an, ne-am distanțat social unul de celălalt. Ne-a lipsit simțul tactil, simțul căldurii pe care o primim unul de la celălalt ca în timpul unei îmbrățișări.”

În ciuda importanței sale, „atingerea este probabil sentimentul pe care oamenii îl consideră în mare parte de la sine înțeles”, a spus Patapoutian în timpul unei conferințe de presă.

Oamenii de știință au căutat receptori de atingere și temperatură de mulți ani înainte ca Julius și Patapoutian să-și înceapă munca, a spus Koroshetz. „Toata lumea stie [the receptors] au fost acolo, dar nimeni nu le-a putut găsi”, spune el. Apoi cei doi laureați au venit cu câteva modalități inteligente de a sonda proteinele evazive.

Laureatul Nobel David Julius stând în fața unui fundal de sticlă
David Julius a folosit capsaicina și mentolul pentru a sonda celulele nervoase pentru proteine ​​care detectează căldura și frigul în cercetarea sa câștigătoare a Premiului Nobel.Steve Babuljak

Julius, un biochimist și fiziolog molecular și administrator al Institutului Medical Howard Hughes, a folosit capsaicina, compusul care dă ardeiul ardei iute, pentru a descoperi proteinele receptorilor care le permit oamenilor să simtă arderea ardeiului iute. La acea vreme, el nu știa că receptorul, TRPV1, răspunde și la căldură, a spus el în timpul unei conferințe de presă. Acea descoperire a venit mai târziu.

„Unele dintre marile progrese… în medicină au început cu oamenii care le urmăreau doar curiozitatea, fără să știe dinainte că ar putea fi de folos într-o zi”, a spus Julius.

Proteina este un canal ionic, un tip de poartă moleculară amplasată în membrana unei celule care se deschide sau se închide pentru a controla fluxul de atomi sau molecule încărcate în interiorul sau în afara celulei. În acest caz, când TRPV1 întâlnește capsaicină sau căldură, se deschide, permițând ionilor de calciu încărcați să intre în celulă. Acel potop de calciu declanșează semnale electrice care sunt trimise la creier pentru a avertiza asupra lucrurilor fierbinți.

Exact cât de mici modificări ale formei proteinei îi permit să comunice creierului mici diferențe de temperatură, cum ar fi detectarea când o cameră se încălzește cu câteva grade mai mult decât de obicei, este încă un mister pe care Julius spera să-l rezolve, a spus el.

Julius a folosit compusul proaspăt de iarnă mentol pentru a descoperi TRPM8, o proteină receptoră sensibilă la frig (SN: 13/02/02). Lucrând independent, Patapoutian, un neuroștiință și un investigator al Institutului Medical Howard Hughes, a descoperit simultan acel receptor.

După ce a petrecut aproximativ un an înțepând celulele nervoase în vasele de laborator, Patapoutian a descoperit și o proteină receptor, PIEZO1, care se deschide ca răspuns la presiunea mecanică. Acea proteină, numită după cuvântul grecesc pentru presiune, și o alta numită PIEZO2 permit oamenilor să simtă atingerea (SN: 12/4/14).

PIEZO2 este receptorul de pe celulele nervoase din piele numite celule Merkel care simt atingerile ușoare și mângâieri (SN: 18/06/09). De asemenea, ajută nervii din plămâni să împiedice organele să se umfle excesiv și este important pentru funcțiile vezicii urinare și ale intestinului (SN: 21/12/16). Copiii cărora le lipsește PIEZO2 au probleme de echilibru și nu pot simți unde le sunt membrele, spune Koroshetz. „Trebuie să se uite să vadă unde le sunt degetele când întind mâna să apuce ceva.” Sentirea anormală a presiunii poate contribui și la glaucom și la hipertensiune arterială. PIEZO1 este, de asemenea, implicat în reglarea nivelului de fier din sânge.

Laureatul Nobel Ardem Patapoutian stând în sala de curs goală
Căutarea lui Ardem Patapoutian pentru receptorii responsabili de simțirea atingerii l-a determinat să testeze peste 70 de gene. Numărul 72 a dat în sfârșit rezultate – câștigându-i jumătate din Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină în 2021.Fundația BBVA

Receptorii de atingere și temperatură pot fi, de asemenea, implicați în procesarea durerii. Dar, în ciuda potențialului de dezvoltare a medicamentelor, companiile farmaceutice s-au străduit să dezvolte noi tratamente folosind aceste canale, spune Gary Lewin, al cărui laborator de la Centrul Max Delbrück de Medicină Moleculară din Berlin studiază fiziologia moleculară a senzației somatice.

O piedică majoră vine din faptul că medicamentele care vizează TRPV1, receptorul implicat în detectarea căldurii, tind să inducă febră. Alți receptori strâns înrudiți pot fi mai promițători, spune Lewin. „Ambele descoperiri au stimulat cu adevărat domeniul cercetării durerii. Dar suntem cu adevărat la început – mai este o cantitate enormă de descoperit.” Tratamentele bazate pe acești receptori ar putea oferi o alternativă la medicamentele care provoacă dependență, cum ar fi opioidele.

Deoarece receptorii de atingere sunt implicați în atât de multe procese ale corpului, tratamentele care vizează aceștia vor trebui să fie localizate, cum ar fi cu plasturi pe piele sau livrarea medicamentelor direct la organul afectat, a spus Patapoutian.

Julius și Patapoutian vor împărți premiul de 10 milioane de coroane suedeze, sau mai mult de 1,1 milioane de dolari.

Numerele nelistate și telefoanele mobile puse pe sunet au însemnat că comitetul Nobel a trebuit să dea de urma câștigătorilor prin intermediul rudelor. Julius a aflat de premiu printr-o cumnata. Patapoutian a primit un telefon de la tatăl său, în vârstă de 94 de ani, care transmitea mesajul. „Bănuiesc că chiar dacă aveți „nu deranja” [on], oamenii din favoritele tale încă te pot suna”, a spus el. „A sfârșit prin a fi un moment foarte special.”