Årets nobelpristagere giver os mulighed for at forstå, hvordan varme, kulde og berøring kan starte nerveimpulser, der giver os mulighed for at opfatte og tilpasse verden omkring os.
Årets to vindere af Nobelprisen 2021 i medicin David Julius (tv.) og Ardem Patapoutian.
Nobelprisen 2021 i medicin og fysiologi deles mellem neurobiolog David Julius og molekylærbiolog Ardem Patapoutian for deres opdagelser af de receptorer, som gør os i stand til at føle varme, kulde og berøringer. I hverdagen tager vi disse sanseindtryk for givet, men hvordan oversættes temperatur og berøring til nervesignaler.
Årets prisvindere identificerede kritiske manglende led i vores forståelse af det komplekse samspil mellem vores sanser og miljøet, fremgår det af en pressemeddelelse fra Nobelpriskomiteen.
Vores evne til at fornemme varme, kulde og berøring er afgørende for overlevelse og understøtter vores interaktion med verden omkring os. I vores daglige liv tager vi disse fornemmelser for givet, men hvordan starter nerveimpulser, så temperatur og tryk kan opfattes? Dette spørgsmål er blevet løst af årets Nobelpristagere.
David Julius, født i 1955 ind i en russisk jødisk familie i Brooklyn NY. USA, er kendt for sit arbejde med molekylære mekanismer for smertefornemmelse og varme, herunder karakterisering af TRPV1-og TRPM8 -receptorer, der registrerer capsaicin, menthol og temperatur. Han er i dag professor ved University of California, San Francisco. USA.
David Julius brugte capsaicin, som er en kemisk forbindelse fra chilipeber, der fremkalder en brændende fornemmelse, til at identificere den sensor i hudens nervefibre, der reagerer på varme.
I sidste del af 1990’erne så David Julius ved University of California, muligheden for et stort fremskridt ved at analysere, hvordan den kemiske forbindelse capsaicin forårsager den brændende fornemmelse, vi føler, når vi kommer i kontakt med chilipeber. Capsaicin var allerede kendt for at aktivere nerveceller, der forårsagede smertefornemmelser, men hvordan dette kemikalie faktisk udøvede denne funktion, var en uløst gåde.
Julius og hans kolleger skabte et bibliotek med millioner af DNA-fragmenter svarende til gener, der er aktive i de sensoriske neuroner, som kan reagere på smerte, varme og berøring. Julius og hans kolleger antog, at biblioteket ville indeholde et DNA -fragment, der koder for proteinet, der er i stand til at reagere på capsaicin. De udtrykte individuelle gener fra denne samling i dyrkede celler, der normalt ikke reagerer på capsaicin.
Efter en omhyggelig søgning blev et enkelt gen identificeret, der var i stand til at gøre celler capsaicinfølsomme.
Genet til capsaicinsansning var fundet!
Yderligere eksperimenter afslørede, at det identificerede gen koder for et nyt ionkanalprotein, og denne nyopdagede capsaicinreceptor blev senere navngivet TRPV1. Da Julius undersøgte proteinets evne til at reagere på varme, indså han, at han havde opdaget en varmefølende receptor, der aktiveres ved temperaturer, der opfattes som smertefulde.
Ardem Patapoutian, født i 1967 ind i en armensk familie i Beirut, Libanon, blev uddannet på American University of Beirut og fortsatte derefter til University of California LA. Han arbejder i dag for Howard Hughes Medical Institute (HHMI). La Jolla, CA, USA.
Ardem Patapoutians forskning handler om de biologiske receptorer for temperatur og berøring, og han har brugt trykfølsomme celler til at opdage en ny klasse sensorer, der reagerer på mekaniske stimuli i huden og indre organer. Disse banebrydende opdagelser lancerede intense forskningsaktiviteter, der førte til en hurtig udvikling i vores forståelse af, hvordan vores nervesystem fornemmer varme, kulde og mekaniske stimuli i vores nervesystem.
Patapoutian og hans samarbejdspartnere identificerede først en cellelinje, der afgav et målbart elektrisk signal, når individuelle celler blev stukket med en mikropipette. Det blev antaget, at receptoren aktiveret af mekanisk kraft er en ionkanal, og i et næste trin blev 72 kandidatgener, der koder for mulige receptorer, identificeret. Disse gener blev inaktiveret en efter en for at opdage det gen, der var ansvarlig for mekano-sensitivitet i de undersøgte celler.
Efter en besværlig søgning lykkedes det Patapoutian og hans medarbejdere at identificere et enkelt gen, hvis lyddæmpning gjorde cellerne ufølsomme for stikket med mikropipetten. En ny og helt ukendt mekanosensitiv ionkanal var blevet opdaget og fik navnet Piezo1 efter det græske ord for tryk (piezo).
Gennem sin lighed med Piezo1 blev et andet gen opdaget og kaldt piezo2. Sensoriske neuroner viste sig at udtrykke høje niveauer af Piezo2 og yderligere undersøgelser fastslog, at Piezo1 og Piezo2 er ionkanaler, der aktiveres direkte ved tryk på cellemembraner.
Hvordan opfatter vi verden?
Et af de store mysterier, menneskeheden står over for, er spørgsmålet om, hvordan vi fornemmer vores miljø. Mekanismerne bag vores sanser har udløst vores nysgerrighed i tusinder af år, for eksempel hvordan lys detekteres af øjnene, hvordan lydbølger påvirker vores indre ører, og hvordan forskellige kemiske forbindelser interagerer med receptorer i vores næse og mund, der genererer lugt og smag. Indtryk af temperatur, berøring og bevægelse er afgørende for vores tilpasning til de konstant skiftende omgivelser.
Det hele giver mening!
De banebrydende opdagelser af TRPV1-, TRPM8- og Piezo -kanalerne hos årets Nobelpristagere har givet os mulighed for at forstå, hvordan varme, kulde og mekanisk kraft kan starte nerveimpulser, der giver os mulighed for at opfatte og tilpasse os verden omkring os.
TRP-kanalerne er centrale for vores evne til at opfatte temperatur. Piezo2 -kanalen giver os følelsen af berøring og evnen til at mærke positionen og bevægelsen af vores kropsdele. TRP- og Piezo -kanaler bidrager også til adskillige yderligere fysiologiske funktioner, der er afhængige af at registrere temperatur eller mekaniske stimuli.
Intensiv igangværende forskning der stammer fra dette års tildelte Nobelpris, med deres opdagelser af de receptorer, som gør os i stand til at føle varme, kulde og mekaniske stimuli fokuserer på at belyse deres funktioner i en række forskellige fysiologiske processer. Denne viden bruges til at udvikle behandlinger for en lang række sygdomstilstande herunder kroniske smerter.
Kilde: nobelprize.com
Illustrator/nobelprize: Niklas Elmehed.
