Нобелевскую премию по медицине или физиологии дали за осязательные и температурные рецепторы

Благодаря Дэвиду Джулиусу и Ардему Патапутяну мы узнали, как чувствуем тепло и объятия.

Вряд ли нужно лишний раз объяснять, какую роль органы чувств играют в нашей жизни. Проблемой восприятия окружающего мира с давних пор занимались лучшие умы человечества, причём начиналось всё с философов, а потом к этому подключилась и наука. Очевидно, что для разных ощущений у нас есть разные каналы передачи. Но со зрением, обонянием, слухом и вкусом дела обстоят как будто проще — у нас есть глаза, уши, язык и нос. А как быть, например, с ощущением температуры? Или механическими ощущениями трения, поглаживания, давления и т. д.? Для них и органов чувств-то нет, температуру и давление мы ощущаем всей кожей, и не только кожей, но и внутренними органами.

Достаточно давно нейробиологи выяснили, что для стимулов разной интенсивности есть разные нервы, например, что на обычное прикосновение и на боль от удара реагируют разные нервные волокна. За это открытие в 1944 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине. Но оставался вопрос, как именно нервы воспринимают такие стимулы, или, иными словами, как стимул — давление, удар, изменение температуры — превращается в электрохимический нервный импульс.

Один из новых лауреатов Нобелевской премии, Дэвид Джулиус (David Julius), ответил на этот вопрос для температурных стимулов. Во второй половине 90-х годов ему и его коллегам в Калифорнийском университете в Сан-Франциско пришла в голову мысль, что механизм температурного чувства можно исследовать с помощью капсаицина — жгучего растительного алкалоида, который содержится, например, в перце чили. В нейронах, которые передают сигналы боли, сигналы повышенной температуры и сигналы механического давления, синтезируется множество белков, чья ДНК известна. И вот исследователи пересаживали эту ДНК из сенсорных нейронов в другие клетки, которые ни боль, ни температуру, ни прикосновения не чувствуют. И дальше такие модифицированные клетки обрабатывали капсаицином.

Ардем Патапутян (слева) и Дэвид Джулиус (справа). (Фото: The Kavli Prize)

В итоге удалось обнаружить рецепторный белок TRPV1. Он реагирует на капсаицин и на очень высокую температуру, когда мы уже начинаем чувствовать боль. TRPV1 — ионный канал, который сидит в мембране сенсорного нейрона и открывается под действием температуры. Через открытый канал ионы перегруппировываются между наружной стороной и внутренней стороной мембраны — так возникает электрохимический импульс, который бежит по нервам в мозг.

TRPV1 — не единственный температурный рецептор. Для других температур есть свои рецепторные белки. Например, рецептор TRPM2 работает в диапазоне от 33 до 38°С, а TRPM8 включается, когда температура падает ниже 26°С. Кстати, TRPM8 независимо друг от друга открыли Дэвид Джулиус и второй нынешний лауреат Ардем Патапутян (Ardem Patapoutian). (Кстати, TRPM8 нашли с помощью «холодного» ментола — как TRPV1 открыли с помощью «горячего» капсаицина.) Но свою половину премии Ардем Патапутян получил не столько за холодовой TRPM8, сколько за рецепторы механического давления. Он и его коллеги из Института Скриппса в конце 2000-х экспериментировали с сенсорными нейронами, которые реагировали на прикосновения: на клетки надавливали микропипеткой, и клетки отзывались электрическим сигналом. Генов, которые могли бы кодировать нужный рецепторный белок, насчитали аж 72. По очереди отключая их в клетках, исследователи нашли те, которые действительно кодируют механосенсорные белки — это были гены Piezo1 и Piezo2.

Понятно, как бы мы чувствовали себя без температурной чувствительности — мы бы просто не выжили, не умея ощутить опасный холод или вовремя спрятаться от жары; и это мы ещё не говорим об иммунологических процессах, когда температура тела повышается или понижается в зависимости от интенсивности воспаления. То же самое можно сказать про рецепторы Piezo. С их помощью мы в прямом смысле ощущаем землю под ногами, ложку в руке, объятия и поцелуи — но также и давление мочи в мочевом пузыре, положение тела в пространстве (здесь особенно важен рецептор Piezo2), а наш организм с помощью Piezo следит за кровяным давлением и дыханием. Как обычно, «нобелевские» открытия в медицине и биологии сообщают нам не только что-то новое о фундаментальных процессах в живой природе, но и имеют вполне практическое измерение: зная, как работают температурные и механосенсорные рецепторы, мы можем лучше понять механизм множества заболеваний.

По материалам Нобелевского комитета