David Julius z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco i Ardem Patapoutian z Instytutu Badawczego Scripps w La Jolla w Kalifornii otrzymali 4 października nagrodę za badania nad identyfikacją czujników na komórkach nerwowych, które wykrywają ciepło, zimno i ciśnienie.
Laureaci odkryli białka zwane receptorami, które zamieniają płonące ciepło papryczek chili lub gorącego pieca, uczucie chłodu mentolu czy nacisk przytulania na sygnały nerwowe, które mogą być wysyłane do mózgu. Białka te są kluczowe dla zmysłu dotyku i odczuwania bólu.
Uznanie podstawowych badań nad dotykiem jest ważne, ponieważ „to tak elementarna funkcja układu nerwowego, w jaki sposób reagujemy na nasze środowisko”, mówi Walter Koroshetz, dyrektor amerykańskiego Narodowego Instytutu Chorób Neurologicznych i Udaru w Bethesda, MD.
Czujniki temperatury ostrzegają przed ogniem lub ekstremalnym zimnem, powiedział Abdel El Manira, neurolog i członek Zgromadzenia Noblowskiego Instytutu Karolinska, który przyznaje nagrodę w dziedzinie fizjologii lub medycyny.
Receptory dotykowe są ważne dla wyczucia, gdzie w przestrzeni znajdują się nasze części ciała. „Bez nich nie bylibyśmy w stanie stać. Nie bylibyśmy w stanie dotknąć ani poczuć naszego otoczenia” – powiedział El Manira. „Przez ostatni rok dystansowaliśmy się społecznie od siebie. Brakowało nam zmysłu dotyku, ciepła, które otrzymujemy od siebie jak podczas przytulania.”
Koroshetz powiedział, że naukowcy szukali receptorów dotyku i temperatury przez wiele lat, zanim Julius i Patapoutian rozpoczęli swoją pracę. „Wszyscy wiedzieli, że receptory tam są, ale nikt nie mógł ich znaleźć”, mówi. Następnie dwaj laureaci wymyślili kilka sprytnych sposobów sondowania nieuchwytnych białek.
Julius, biochemik i fizjolog molekularny oraz członek zarządu Howard Hughes Medical Institute, użył kapsaicyny, związku, który nadaje papryczkom chili ich ciepło, aby odkryć białka receptorowe, które pozwalają ludziom odczuwać pieczenie chili. Następnie odkrył, że receptor TRPV1 również reaguje na ciepło. Białko jest kanałem jonowym, rodzajem bramki molekularnej umieszczonej w błonie komórkowej, która otwiera się lub zamyka, aby kontrolować przepływ naładowanych atomów lub cząsteczek do lub z komórki. W tym przypadku, gdy TRPV1 napotka kapsaicynę lub ciepło, otwiera się, umożliwiając wejście naładowanych jonów wapnia do wnętrza komórki. Ta powódź wapnia wyzwala sygnały elektryczne, które są wysyłane do mózgu, aby ostrzec przed gorącymi rzeczami.
Julius użył mentolu, który jest świeży zimą, aby odkryć TRPM8, białko receptorowe wyczuwalne na zimno. Pracując niezależnie, Patapoutian, neurolog i badacz Instytutu Medycznego Howarda Hughesa, zastosował inną metodę, aby jednocześnie odkryć receptor.
Po spędzeniu około roku na szturchaniu komórek nerwowych w naczyniach laboratoryjnych, Patapoutian odkrył również białko receptorowe PIEZO1, które otwiera się w odpowiedzi na nacisk mechaniczny. Białko to, nazwane na cześć greckiego słowa oznaczającego ciśnienie, oraz inne zwane PIEZO2 pozwalają ludziom odczuwać dotyk.
PIEZO2 jest receptorem na komórkach nerwowych skóry, zwanymi komórkami Merkla, które wyczuwają lekkie dotknięcia i pieszczoty. Pomaga również nerwom w płucach zapobiegać nadmiernemu napełnianiu narządów i jest ważny dla funkcji pęcherza moczowego i jelit. Dzieci bez PIEZO2 mają problemy z równowagą i nie czują, gdzie są ich kończyny, mówi Koroshetz. „Muszą patrzeć, gdzie są ich palce, kiedy wyciągają rękę, aby coś złapać”. Nieprawidłowe wykrywanie ciśnienia może również przyczyniać się do jaskry i wysokiego ciśnienia krwi.
Receptory dotyku i temperatury mogą być również zaangażowane w przetwarzanie bólu. Gary Lewin, którego laboratorium w Centrum Medycyny Molekularnej im. Maxa Delbrücka w Berlinie bada molekularną fizjologię doznań somatycznych, mówi jednak że, pomimo potencjału rozwoju leków, firmy farmaceutyczne mają trudności z opracowaniem nowych metod leczenia za pomocą tych kanałów.
Główną przeszkodą jest fakt, że leki skierowane przeciwko TRPV1, receptorowi zaangażowanemu w wyczuwanie ciepła, mają tendencję do wywoływania gorączki. Inne blisko spokrewnione receptory mogą być bardziej obiecujące, mówi Lewin. „Oba odkrycia naprawdę wzmocniły pole badań nad bólem. Ale tak naprawdę jesteśmy na początku — jest jeszcze wiele do odkrycia”. Leczenie oparte na tych receptorach może stanowić alternatywę dla uzależniających leków przeciwbólowych, takich jak opioidy.
Julius i Patapoutian podzielą nagrodę w wysokości 10 milionów koron szwedzkich, czyli ponad 1,1 miliona dolarów.
