Žhavé doteky vedly až k letošní Nobelově ceně za fyziologii nebo medicínu

Prof. Julius použil kapsaicin, látku způsobující pálivost čili papriček, pro identifikaci senzoru, který v nervových zakončeních v kůži odpovídá na teplo. Prof. Patapoutian využil buňky citlivé na tlak a objevil novou třídu senzorů, jež odpovídají na tlak na kůži a vnitřních orgánech.

Jak vnímáme okolní prostředí?

V 17. století si filozof René Descartes představoval jakási „vlákna“, která spojují různé části kůže s mozkem, aby bylo možné vyslat mechanický signál například v reakci na bolest. Pozdější objevy odhalily existenci speciálních senzorických neuronů, které vnímají změny v našem prostředí.

Ukázalo se, že různé nervové buňky se specializují na detekci a přenos různých typů signálů, což umožňuje vnímání jemných rozdílů v našem okolí, jako jsou různé povrchy vnímané konečky prstů nebo rozdíl mezi příjemným teplem a bolestivým pálením. Jedna základní otázka však zůstávala nezodpovězená. Jak se teplotní a mechanické vjemy převádějí na elektrické impulzy vedené nervovou soustavou?

Otázky doslova ožehavé

Koncem 90. let 20. století se dr. David Julius z Kalifornské univerzity v San Francisku rozhodl zkoumat, jakým způsobem molekula kapsaicinu vyvolává pocit pálení, který cítíme po kontaktu s chilli papričkou. V té době se vědělo, že kapsaicin aktivuje neurony, jejichž zapnutí vyvolává vjem bolesti, ale nebylo jasné jakým způsobem.

Dr. Julius se svými spolupracovníky vytvořili rozsáhlou knihovnu fragmentů DNA genů, které se exprimují v senzorických neuronech reagujících na bolest, teplo a tlak. Domnívali se, že taková knihovna bude obsahovat i fragment kódující protein zodpovědný za interakci s kapsaicinem. Pomocí exprese jednotlivých fragmentů v buněčných kulturách se podařilo nalézt protein, který senzibilizoval buňky k působení kapsaicinu.

Další experimenty odhalily, že nalezený protein patří do rodiny iontových kanálů, a později se ukázalo, že tento receptor, pojmenovaný TRPV1 (transient receptor potential cation channel subfamily V member 1), se aktivuje při teplotách vnímaných jako bolestivé. Objev TRPV1 vedl k intenzivnímu bádání a nalezení dalších receptorů citlivých na změny teploty.

Výzkum pod tlakem

Zatímco mechanismy vnímání teploty se postupně odhalovaly, přeměna mechanických stimulů na vjemy doteku a tlaku zůstávala záhadou. Dr. Ardem Patapoutian se svými spolupracovníky ze Scrippsova výzkumného ústavu v kalifornském La Jolla jako první popsali buněčnou linii, která produkovala měřitelné elektrické signály poté, co se do jednotlivých buněk „dloublo“ mikropipetou.

Po sérii experimentů, při kterých výzkumníci umlčovali jednotlivé iontové kanály, o nichž se domnívali, že by za jev mohly být zodpovědné, se skutečně podařilo identifikovat mechanosenzitivní receptor nazvaný Piezo1. Na základě podobnosti byl nalezen analogický receptor Piezo2 a ukázalo se, že senzorické neurony exprimují vysoké hladiny tohoto proteinu.

Iontové kanály Piezo1 a Piezo2 se aktivují, pokud je buněčná membrána namáhána tlakem. Protein Piezo2 je klíčový pro vnímání doteku a také pro propriocepci, tedy vnímání pozice a pohybu těla v prostoru.

Přínosy letošních nobelistů

Výzkum receptorů TRPV1 a Piezo přinesl pochopení, jakým způsobem teplo, chlad a mechanické síly spouštějí nervové vzruchy, které nám umožňují vnímat prostředí a přizpůsobit se mu. Probíhající výzkum, který navazuje na objevy letošních nobelistů, se soustředí na objasnění funkce těchto receptorů v řadě fyziologických procesů, což vede k vývoji léčiv namířených proti širokému spektru chorobných stavů včetně chronické bolesti.

(este)

Zdroj: The Nobel Assembly at Karolinska Institutet. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. Nobel Prize Outreach AB, 2021 Oct 4. Dostupné na: www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release