Medyczny Nobel 2021: Za co go przyznano? (komentarz)

Wielu ludzi docenia piękno świata od strony wspaniałych widoków, poruszających dźwięków czy intensywnych zapachów, które oddziałują na nasze zmysły. Nie mniej istotne dla naszego przetrwania i podtrzymania interakcji ze środowiskiem jest rejestrowanie ciepła, zimna i dotyku - to forma percepcji zwana somatosensacją. Receptory somatosensoryczne, które na to pozwalają, stanowią największą część układu czuciowego ssaków.

Już od dawna było wiadomo, że aby wystąpiła somatosensacja, komórki muszą mieć specjalne receptory wykrywające temperaturę i dotyk, a następnie przekształcające je w sygnały elektryczne i chemiczne, przetwarzane przez układ nerwowy. Do zrozumienia tego fenomenu przyczynili się tegoroczni laureaci Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii - David Julius i Ardem Patapoutian.

W drugiej połowie lat 90. zespół Davida Juliusa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco wykorzystał kapsaicynę - związek chemiczny, który wywołuje uczucie pieczenia, a czasami nawet bólu, gdy jemy papryczki chili lub inne pikantne potrawy. Kapsaicyna pobudza nasz układ nerwowy do zarejestrowania zmiany temperatury ciała - dlatego pocimy się podczas jedzenia ostrych potraw. Nierozwiązaną zagadką było, jak dokładnie substancja ta oddziałuje na nasz organizm.

Naukowcy sięgnęli po bibliotekę milionów fragmentów DNA odpowiadających genom, które ulegają ekspresji w neuronach czuciowych reagujących na ciepło, ból i dotyk. Celem uczonych było wyodrębnienie białka zdolnego do reakcji na kapsaicynę - w końcu się to udało. Znaleziono gen odpowiedzialny za detekcję kapsaicyny, co doprowadziło do odkrycia receptora znanego jako TRPV1. Julius zdał sobie sprawę, że namierzył receptor wykrywający ciepło, który jest aktywowany w temperaturach uznawanych za "bolesne".

Odkrycie to pozwoliło na identyfikację kilku innych receptorów, które są wrażliwe na temperatury wysokie, jak i niskie. Przykładem jest receptor TRPM8, który reaguje na zimno - laboratoria Juliusa i Patapoutiana niezależnie odkryły go w 2002 r.- Odkrycie tych receptorów i mechanizmów ich działania stwarza naprawdę dobre możliwości poszukiwania czynników, które mogłyby modyfikować ich działanie, co - na przykład w przypadku leczenia niektórych neuropatii - może się okazać niezwykle ważne i interesujące. Bóle związane na przykład z różnego rodzaju neuropatiami są, według mojej wiedzy, przypadłością bardzo wielu osób - powiedział prof. dr hab. n. med. Jacek Malejczyk z Katedry i Zakładu Histologii i Embriologii, Centrum Biostruktury WUM.

Somatosensacja to nie tylko odbiór temperatury. Ważna jest także percepcja dotyku i nacisku mechanicznego. Mimo iż naukowcy wiedzieli, że temperatura może być przekazywana za pomocą receptorów kanałów jonowych, które na bieżąco monitorują zmiany fizjologiczne w komórkach, receptory dotyku reagujące na bodźce mechaniczne przez długi czas były znane tylko u bakterii, a nie kręgowców.

Wtedy na scenie pojawił się Ardem Patapoutian, pracujący w Scripps Research w La Jolla, który chciał zidentyfikować nieuchwytne receptory aktywowane przez bodźce mechaniczne. Jego zespół najpierw namierzył linię komórkową, która wydziela dający się zmierzyć sygnał elektryczny, gdy poszczególne komórki rusza się mikropipetą. Następnie zidentyfikowano 72 geny kodujące możliwe mechanoreceptory. Metodą prób i błędów wyłączano kolejne geny i ostatecznie zidentyfikowano ten, który odpowiada za odczuwanie dotyku. Po jego wyłączeniu, komórki były niewrażliwe na ruchy mikropipetą.

Zespół Patapoutiana odkrył tym samym nieznany wcześniej kanał jonowy, który nazwano Piezo1 (od greckiego słowa oznaczającego ciśnienie). Wkrótce wykryto kanał Piezo2. Dalsze badania (prowadzone także przez inne zespoły) potwierdziły, że Piezo1 i Piezo2 są kanałami jonowymi, które są bezpośrednio aktywowane przez wywieranie ciśnienia na błony komórkowe.

Okazało się, że kanał jonowy Piezo2 jest kluczowy dla odbioru zmysłu dotyku, a także odgrywa on ważną rolę w wyczuwaniu pozycji ciała i ruchu, czyli tzw. propriorecepcji. Później stwierdzono, że zarówno Piezo1, jak i Piezo2 regulują też inne procesy fizjologiczne, np. ciśnienie krwi, oddychanie czy kontrolę pęcherza moczowego.

- Tego typu odkrycia są często reakcją spustową dla kolejnych. Początkowe odkrycie wymaga odpowiedniego dobrania metodyki, a zrozumienie danego mechanizmu najczęściej powoduje falę odkryć, na przykład innych receptorów, stosując podobną metodykę, ale dotyczącą innych zjawisk. Takie genialne odkrycia po prostu otwierają nam kolejny fragment wiedzy o świecie - powiedział prof. dr hab. n. med. Grzegorz Basak z Katedry i Kliniki Hematologii, Transplantologii i Chorób Wewnętrznych CSK UCK WUM.

Odkrycia kanałów TRPV1, TRPM8, Piezo1 i Piezo2 przez tegorocznych noblistów pozwoliły nam zrozumieć, jak ciepło, zimno i bodźce mechaniczne inicjują impulsy nerwowe, ale nie tylko. Wielu naukowców do dziś opiera się na pracach Juliusa i Patapoutiana w nadziei na opracowanie leków i terapii różnych schorzeń, w tym przewlekłego bólu.

Nagroda Nobla 2021 z medycyny i fizjologii została przyznana za jedne z najbardziej podstawowych mechanizmów, bez których napisanie artykułu takiego, jak ten, który czytacie, nie byłoby możliwe.

- Na pewno poznanie tych receptorów, mechanizmu działania doznania temperatury i dotyku, będzie bardzo ważnym narzędziem w walce z czymś, co staje się coraz większym wyzwaniem dla współczesnej medycyny - chorób, które wiążą się z zaburzeniami czucia. Chociażby, nazywana już współcześnie epidemią, neuropatia cukrzycowa, która dotyczy coraz większej liczby ludzi w cywilizowanym, zamożnym świecie. Myślę, że ten ukłon w kierunku nauk podstawowych znów przypomina nam, jak długa jest droga od laboratorium, od badań obarczonych rzeczywiście dużym ryzykiem, do metod, które będą nam pomagały skutecznie leczyć ludzi na całym świecie - wyjaśniła prof. dr hab. n. med. Anna Kostera-Pruszczyk z Katedry i Kliniki Neurologii CSK UCK WUM.