El Premio Nobel de Medicina de 2021 ha sido otorgado a David Julius y Ardem Patapoutian por su descubrimiento de los receptores de temperatura y tacto en el cuerpo. "Los descubrimientos revolucionarios realizados por los ganadores del Premio Nobel de este año nos han permitido comprender cómo el calor, el frío y las fuerzas mecánicas desencadenan los impulsos nerviosos que nos permiten percibir y adaptarnos al mundo que nos rodea", dijo Patrik Ernfors del Comité Nobel en su discurso laudatorio. El conocimiento se utiliza para desarrollar terapias para varias enfermedades, incluido el dolor crónico.[1]
Julius usó capsaicina, compuesto activo de los chiles (pimientos) picantes que causa una sensación de ardor, para identificar un sensor en las terminaciones nerviosas de la piel que responde al calor. Y Patapoutian utilizó células sensibles a la presión para descubrir una nueva clase de sensores que responden a estímulos mecánicos en la piel y los órganos internos.
Ambos investigadores laboran en Estados Unidos. Julius es investigador en la University of California en San Francisco, y Patapoutian de Scripps Research en La Jolla, California.
Tras la pista de los sensores de temperatura con capsaicina
En la segunda mitad de la década de 1990, Julius vio la oportunidad de grandes avances, gracias a la biología molecular, que todavía era bastante joven en ese momento. Trabajó con capsaicina, un compuesto químico elaborado a partir de chiles que provoca sensaciones de ardor en la piel. Ya se sabía que la capsaicina activa las células nerviosas que desencadenan sensaciones de dolor. Pero los investigadores no sabían en qué mecanismos se basa el proceso.
Julius y sus compañeros de trabajo crearon una biblioteca de millones de fragmentos de ADN. Su colección contenía todos los genes que se expresan en neuronas sensoriales. El equipo formuló la hipótesis de que debe contener un fragmento de ADN cuya proteína asociada reacciona a la capsaicina.
Posteriormente, los investigadores expresaron genes individuales de su colección en cultivos celulares. Después de una búsqueda minuciosa, encontraron un gen que hace que las células sean sensibles a la capsaicina. Otros experimentos demostraron que este gen codifica una nueva proteína de canal iónico. El receptor de capsaicina se denominó más tarde TRPV1 (potencial de receptor transitorio vanilloide 1).
Cuando Julius examinó la capacidad de la proteína para responder al calor, se dio cuenta de que había descubierto un receptor de calor que se activa a temperaturas que nos resultan dolorosas.
"El descubrimiento de TRPV1 fue un avance decisivo que allanó el camino para la decodificación de más receptores sensibles a la temperatura", enfatizó Ernfors en el discurso. Independientemente el uno del otro, Julius y Patapoutian usaron el mentol químico para identificar TRPM8 (miembro 8 de la subfamilia M del canal catiónico potencial del receptor transitorio), un receptor que se ha demostrado que se activa con el frío.
Los investigadores pronto encontraron más canales iónicos relacionados con TRPV1 y TRPM8. Se demostró que los canales se activan con diferentes temperaturas. Muchos laboratorios llevaron a cabo programas de investigación para investigar el papel de estos canales en la sensación de calor mediante el uso de ratones transgénicos que carecían de estos genes recién descubiertos. "El descubrimiento de Julius de TRPV1 fue el gran avance que nos permitió comprender cómo las diferencias de temperatura pueden desencadenar señales eléctricas en el sistema nervioso", comentó Ernfors.
Investigación bajo presión
Sin embargo, la forma en que la piel percibe la presión permaneció abierta. Patapoutian y sus colegas identificaron por primera vez una línea celular que emitía una señal eléctrica medible cuando se perforaban células individuales con una micropipeta. Los investigadores asumieron que un canal de iones especial es responsable de esto.
En el siguiente paso, el equipo pudo identificar 72 genes candidatos que codifican un posible receptor. Estos genes se inactivaron uno tras otro para encontrar el gen responsable de la mecanosensibilidad. Después de una larga búsqueda, el equipo de Patapoutian logró encontrar un solo gen, cuya desactivación hizo que las células se volvieran insensibles al impacto con la micropipeta. Se había descubierto un canal de iones mecanosensibles nuevo y completamente desconocido y se le dio el nombre de PIEZO1, de la palabra griega para presión.
Debido a su similitud con PIEZO1, se descubrió un segundo gen y se denominó PIEZO2. Las neuronas sensoriales expresan PIEZO2 en un alto grado. Otros estudios han demostrado que PIEZO1 y PIEZO2 son canales iónicos que se activan directamente por la presión sobre la membrana celular.
El trabajo preliminar de Patapoutian dio lugar a otras publicaciones en todo el mundo. Resultó que PIEZO2 no solo es responsable del sentido del tacto. Este canal iónico también juega un papel clave en la percepción de la posición y el movimiento del cuerpo, conocido como propiocepción. Pronto quedó claro que los canales PIEZO1 y PIEZO2 regulan otros procesos fisiológicos importantes, como la presión arterial, la respiración y el control de la vejiga.
De la investigación básica a la aplicación
“Los descubrimientos revolucionarios de los canales TRPV1, TRPM8 y PIEZO por los ganadores del Premio Nobel de este año nos han permitido comprender cómo el calor, el frío y las fuerzas mecánicas pueden desencadenar impulsos nerviosos que nos permiten percibir el mundo que nos rodea y adaptarnos a él", agergó el Comité Nobel en una comunicación.
El conocimiento se utiliza para desarrollar tratamientos para una variedad de enfermedades, incluido el dolor crónico. La capsaicina en preparaciones tópicas, por ejemplo, hace que la piel y las membranas mucosas sean menos sensibles al dolor. La molécula también reduce el dolor crónico de causas neuropáticas y musculares.
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CRÉDITO
Imagen principal: Comité Nobel
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Citar este artículo: Premio Nobel de Medicina por descubrir los receptores de dolor y temperatura - Medscape - 4 de oct de 2021.
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