Все градусы чувств: в чем суть открытия нобелевских лауреатов по физиологии

Нобелевская ассамблея Каролинского института определила лауреатов Нобелевской премии по физиологии или медицине 2021 года. В этом году главную научную награду мира разделят между собой Дэвид Джулиус (David Julius) и Ардем Патапутян (Ardem Patapoutian) "за их открытие рецепторов температуры и прикосновения".

Зрение, слух, вкус, осязание, обоняние, положение тела в пространстве, температура, боль — все эти столь важные для выживания ощущения мы получаем благодаря рецепторам, трансформирующим внешний стимул в электрический импульс, способный достичь нашего мозга.

Разного рода стимулы воспринимают рецепторы с разным строением и расположением в организме. Однако до конца 1990-х годов принцип работы температурных рецепторов оставался для учёных загадкой.

Как мы понимаем, что вода ледяная или горячая? Почему во рту "горит" от перца чили? Как мы понимаем, что наша рука вытянута в сторону или вверх даже с закрытыми глазами? Как чувствуем боль в кишечнике и почему отдёргиваем руку, едва прикоснувшись к раскалённой сковороде?

Исследовательская группа под руководством американского физиолога Дэвида Джулиуса начала свои исследования с того, что обратила внимание на необычное воздействие химического вещества капсаицина, содержащегося в некоторых видах перца. Именно оно придаёт острому перцу его жгучий вкус.

К этому времени уже было известно, что капсаицин неким образом воздействует на болевые рецепторы.

Чтобы определить, какие именно рецепторы активирует капсаицин, учёные создали библиотеку из миллионов фрагментов ДНК. Они полагали, что среди них найдётся ключ к гену в сенсорных (чувствительных) нейронах, который отвечает за реакцию на "жгучий" капсаицин.

Этот ген в итоге был обнаружен. Он кодирует так называемый транспортный белок, получивший название TRPV1. Выяснилось, что этот белок является ионным каналом, который активируется при температуре около 43 градусов Цельсия. Именно она в результате воспринимается мозгом, как болезненная.

Позднее, в 2002 году, был открыт сходный по строению белок TRPM8, который активируется ментолом и при температуре около 10 °С — такое воздействие субъективно воспринимается мозгом как холод и боль.

Изучая эти два белка, учёные постепенно начали раскрывать секреты воздействия температуры на нервную систему.

В то же время оставалось неясным, как механическое воздействие (удар, щелчок, нежное поглаживание) трансформируется в ощущение прикосновения и давления у позвоночных животных. Соответствующие рецепторы, расположенные как на поверхности тела, так и во внутренних органах, учёные называют механорецепторами.

В поисках загадочного "тактильного" рецептора молекулярный биолог из США Ардем Патапутян с коллегами обнаружили тип клеток, реагировавших заметным электрическим сигналом на прикосновение к ним микропипеткой.

Учёные предположили, что нужный рецептор также является ионным каналом. Они выделили 72 кандидатных гена, которые могли бы кодировать рецептор прикосновения.

Исследователи "выключали" эти гены один за другим, наблюдая за тем, как из-за этого меняется способность клеток реагировать на механическое воздействие. Так был найден тот самый механочувствительный ионный канал, ранее неизвестный учёным.

Он получил название Piezo1: в переводе с греческого píesi означает "давление". В дальнейшем исследователи обнаружили второй рецептор с аналогичной функцией и дали ему название Piezo2.

Поверхностные рецепторы механического давления не только позволяют нам ощущать прикосновения и отличать приятные ощущения от потенциально опасных. Такие рецепторы также позволяют нам оценивать положение тела в пространстве и точнее координировать движения.

Эти поистине прорывные открытия, которые напрямую связаны с нашим выживанием, сегодня позволяют исследователям разрабатывать новые методы лечения самых разнообразных заболеваний, связанных с болевой чувствительностью, включая хронические боли и навязчивый зуд.

К слову, ранее мы писали о том, что учёные обнаружили в коже новый орган, позволяющий чувствовать боль, а также об истинной причине чувствительности зубов к холоду. Рассказывали мы и о том, что чувство холода может быть заразным, а ещё о мутациях, удивительным образом блокирующих боль и стресс.

Больше новостей из мира науки и медицины вы найдёте в разделах "Наука" и "Медицина" на медиаплатформе "Смотрим".