David Julius z University of California w San Francisco i Ardem Patapoutian z Howard Hughes Medical Institute, Scripps Research w La Jolla laureatami tegorocznej nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Instytut Karoliński wyróżnił ich za odkrycie receptorów dotyku i temperatury. Odkrycia tegorocznych laureatów mają kluczowe znaczenie dla rozumienia tego, jak nasze ciało odbiera świat zewnętrzny. To dzięki ich pracom wiemy, jak odbiera ciepło, jak ocenia temperaturę i dotyk, jak decyduje, czy to odczucie powinno już mieć charakter bólu. To wszystko procesy kluczowe dla naszego życia, ich zrozumienie może pomóc w odkryciu przyczyn i łagodzeniu choćby przewlekłego bólu.
Nasza zdolność odczuwania zimna, gorąca i dotyku ma kluczowe znaczenie dla odbierania bodźców z otaczającego świata i pozwala nam w nim przetrwać. Działanie tych zmysłów wydaje nam się czymś oczywistym, jednak do czasu ukazania się prac tegorocznych laureatów, nie było jasne, w jaki sposób bodźce te przekładają się na przekazywane przez nasz układ nerwowy impulsy elektryczne. Amerykanin David Julius wykorzystywał w badaniach kapsaicynę, substancję, której obecność w ostrej papryce, powoduje palące uczucie w ustach. Urodzony w Libanie Ardem Patapoutian badał wrażliwe na nacisk komórki, by odkryć nową klasę czułych na mechaniczny nacisk receptorów, zarówno w skórze, jak i organach wewnętrznych. Ich prace pozwoliły zapełnić białe plamy w naszym rozumieniu złożonych mechanizmów oddziaływania środowiska na nasze zmysły.
The groundbreaking discoveries of the TRPV1, TRPM8 and Piezo channels by this years #NobelPrize laureates have allowed us to understand how heat, cold and mechanical force can initiate the nerve impulses that allow us to perceive and adapt to the world around us. pic.twitter.com/YWnOwayJri
NobelPrizeOctober 4, 2021
Komitet Noblowski w swym oświadczeniu przypomina, że mechanizmy rządzące naszym odczuwaniem świata zewnętrznego budziły zrozumiałe zainteresowanie ludzi od tysięcy lat. Człowiek zawsze chciał rozumieć, jak nasze oczy odbierają światło, uszy dźwięki, a usta i nos substancje chemiczne odpowiedzialne za smak i zapach. Pierwsze próby analizy dotyku wiążą się z pracami Kartezjusza, który w XVII wieku wyobrażał sobie połączenia między różnymi rejonami skóry i mózgiem. W 1944 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny otrzymali za badania różnych funkcji włókien nerwowych Joseph Erlanger i Herbert Spencer Gasser. To oni wskazali miedzy innymi, że różne połączenia nerwowe odpowiadają za odczuwanie dotyku związanego i nie związanego z bólem. Mimo postępów wiedzy, do czasu opublikowania prac Juliusa i Patapoutiana wciąż nie udawało się odpowiedzieć na pytanie, jak bodźce termiczne i dotykowe przekładają się na impulsy elektryczne.
Pod koniec lat 90-tych Julius wpadł na pomysł, by do badań wykorzystać odpowiedzialną za palące odczucia po zjedzeniu papryczek chili kapsaicynę. Wiadomo było już, że wywołuje ona uczucie bólu, ale nie było jasne, w jaki sposób. Analiza genów występujących w neuronach czuciowych, reagujących bólem pozwoliła odkryć konkretny gen, który sprawia, że komórki stają się wrażliwe na kapsaicynę. Okazało się, że ten gen - nazwany później TRPV1 - koduje białko będące kanałem jonowym i pełniące rolę receptora kapsaicyny, aktywne także przy temperaturze odbieranej jako bolesna. Potem Julius i niezależnie Patapoutian z pomocą mentolu znaleźli receptor TRPM8 - odpowiedzialny za odczuwanie zimna. Znalezienie kolejnych pokrewnych receptorów, wrażliwych w różnych przedziałach temperatury, było tylko kwestią czasu.
O ile sprawa receptorów termicznych zaczęła się wyjaśniać, mechanizm odbioru bodźców dotykowych pozostawał tajemnicą. Badania potwierdzające istnienie receptorów mechanicznych u bakterii nie wyjaśniały mechanizmu u kręgowców. Patapoutian wraz z grupą współpracowników jako pierwszy zidentyfikował linię komórek, które w odpowiedzi na dotkniecie mikropipetą wytwarzały impuls elektryczny. Zbadano potem 72 geny, które mogły kodować odpowiedzialny za to kanał jonowy. Mozolne badania polegające na wyłączaniu kolejnych z tych genów pozwoliły w końcu wskazać ten, który faktycznie za tę wrażliwość na dotyk odpowiadał. W ten sposób odkryto najpierw jeden z receptorów dotyku (Piezo1), a potem kolejny (Piezo2). Kolejne prace potwierdziły ich kluczową rolę nie tylko dla odczuwania nacisku, ale między innymi także w procesach kontroli ciśnienia krwi, oddychania, a nawet czułości pęcherza moczowego.