Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждена за открытие температурных рецепторов. Расскажем, как они работают
Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2021 получили двое ученых из США за открытие рецепторов температуры и прикосновения
Одной из величайших загадок, стоящих перед человечеством, является то, как мы воспринимаем окружающую среду. Механизмы, лежащие в основе наших чувств, на протяжении тысячелетий волновали ученых. Например, исследователи пытались выяснить, как глаза улавливают свет, как звуковые волны влияют на наше внутреннее ухо и как различные химические соединения взаимодействуют с рецепторами в нашем носу и во рту, создавая запах и вкус.
Приблизиться к разгадке этих тайн смогли Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Института Скриппса. Во второй половине 1990-х годов Дэвид Джулиус проанализировал, как химическое соединение капсаицин вызывает ощущение жжения, которое мы испытываем, когда едим перец чили. Уже было известно, что капсаицин активирует нервные клетки, вызывая болевые ощущения, но как химическое вещество на самом деле выполняет эту функцию, оставалось загадкой.
Джулиус и его коллеги создали библиотеку из миллионов фрагментов ДНК, соответствующих генам, которые экспрессируются в сенсорных нейронах, способных реагировать на боль, тепло и прикосновение. В результате они нашли ген, отвечающий за восприятие капсаицина. Дальнейшие эксперименты показали, что идентифицированный ген кодирует новый белок ионных каналов. Рецептор, реагирующий на этот белок, получил название TRPV1. Открытие TRPV1 стало крупным прорывом, который помог найти другие температурные рецепторы.
Ардем Патапутян в своих исследованиях ставил цель найти неуловимые рецепторы, которые активируются механическими стимулами. Патапутян и его сотрудники впервые идентифицировали клеточную линию, которая испускала измеримый электрический сигнал, когда в отдельные клетки вставляли микропипетку. Предполагалось, что рецептор, активируемый механическим воздействием, представляет собой ионный канал, и на следующем этапе ученые идентифицировали 72 гена-кандидата, кодирующие возможные рецепторы.
В конце концов Ардем Патапутян обнаружил новый и совершенно неизвестный механочувствительный ионный канал, которому было дано название Piezo1. Благодаря своему сходству с Piezo1 был обнаружен второй ген, названный Piezo2. Прорыв Патапутяна привел к серии работ, демонстрирующих, что ионный канал Piezo2 отвечает за чувство осязания. Кроме того, было показано, что Piezo2 играет ключевую роль в критически важном ощущении мышечного напряжения — проприоцепции.
Оба исследователя получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2021 с формулировкой «за открытие рецепторов температуры и прикосновения».