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Premio Nobel de Fisiología o Medicina para los descubridores de los receptores de la temperatura y el tacto

Genotipia

 

La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el Premio Nobel de Fisiología o Medicina a David Julius y Ardem Patapoutian por sus descubrimientos de los receptores de temperatura y tacto.

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Ilustración de David Julius y Ardem Patapoutian, de Niklas Elmehed.

El Premio Nobel de Medicina de este año reconoce la ciencia detrás de nuestra capacidad para sentir el calor, el frio o el tacto, esencial para interaccionar con el mundo que nos rodea y adaptarse a los cambios que se producen en él.

Los trabajos de David Julius (Nueva York, 1955) y Ardem Patapoutian (Líbano, 1967) han contribuido a conocer cómo percibe nuestro organismo las señales físicas relativas a la temperatura o el contacto y las transforma en impulsos eléctricos que puede interpretar el cerebro. “Los laureados identificaron piezas críticas que faltaban en nuestra comprensión del complejo juego entre nuestros sentidos y el medioambiente”, ha señalado la Real Academia Sueca de las Ciencias.

Descubrimiento de los receptores para la temperatura

A partir de sus trabajos con la capsaicina, molécula responsable de la sensación de ardor que experimentamos al entrar en contacto con los pimientos picantes, David Julius identificó hace más de dos décadas un receptor de calor que se activa en determinadas temperaturas.

A finales de los años 90 la capsaicina ya era conocida por su capacidad para producir dolor. No obstante, se desconocían los mecanismos moleculares que intervenían en este proceso. David Julius, por entonces en la Universidad de California San Francisco, y sus colaboradores diseñaron una aproximación para identificar qué proteínas estaban implicadas en la respuesta a la capsaicina.

Los investigadores no sabían qué moléculas participaban en la respuesta a la capsaicina, pero sí podían detectar qué genes están activos en las neuronas sensoriales especializadas en percibir y responder a estímulos de dolor, calor o contacto. Pensaron entonces que alguno de esos genes sería el responsable de producir la proteína que desencadenaba la respuesta de dolor a la temperatura característica de la exposición a capsaicina.

El equipo activó, de forma individual, cada uno de los genes seleccionados en cultivos de células que no reaccionaban a la capsaicina en condiciones normales. Tras analizar en detalle cada cultivo encontraron un gen que, al ser expresado en las células normalmente inertes a la capsaicina, las hacía sensibles a este compuesto. Los investigadores estudiaron el gen y descubrieron que producía una proteína que actúa como un canal de iones, que sería nombrada como TRPV1. Además, esta proteína se activaba a temperaturas capaces de generar dolor.

 

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David Julius utilizó la capsaicina de pimientos picantes para identificar TRPV1. Imagen: Nobel Prize .

 

La identificación de TRPV1 abrió el camino hacia el descubrimiento de otros receptores de temperatura capaces de inducir estímulos eléctricos en el sistema nervioso. Por ejemplo, a través de experimentos similares a los realizados con la capsaicina, pero utilizando mentol, David Julius y Ardem Patapoutian identificaron de forma paralela el receptor TRPM8, que es activado por el frío.  Otros receptores son TRPM2, TRPA1 y TRPM3.

Descubrimiento de los receptores mecanosensoriales

El trabajo de Ardem Patapoutian, investigador en el Instituto de Investigación Scripps, en California, ha permitido empezar a conocer qué mecanismos intervienen en nuestra capacidad para transformar estímulos mecánicos como la presión o el contacto en impulsos nerviosos.

Patapoutian y colaboradores identificaron una línea celular que, cuando recibía una fuerza mecánica (a través de un toque con una micropipeta) producía una señal eléctrica que podía ser detectada y medida.

Utilizando un enfoque similar a de David Julius con la capsaicina, los investigadores seleccionaron 72 genes candidatos a ser responsables de la propiedad sensitiva de las células e inactivaron de forma individual cada gen, hasta encontrar uno, el gen candidato 72, cuya inactivación hacía que las células no produjeran ninguna señal al recibir una fuerza mecánica.

El gen candidato 72, renombrado como Piezo1 en honor a “presión” en griego, codifica también para un canal de iones que al ser activado por una fuerza mecánica abre su conformación y permite el paso de iones, generando una respuesta en la célula.

Piezo 1 facilitó la identificación de un segundo gen, Piezo2, para el que estudios posteriores han revelado un papel esencial no solo para el sentido del tacto sino también para la propiocepción, sentido que permite que seamos conscientes de la posición de las diferentes partes del cuerpo en todo momento.

 

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Ardem Patapoutian utilizó cultivos de células mecanosensibles para identificar un canal de iones que se activa por fuerzas mecánicas. Imagen: Nobel Prize.

 

Relevancia para la biología y la medicina

Por sus funciones en la percepción de la temperatura y el sentido del tacto y la propiocepción, los genes descubiertos por David Julius y Ardem Patapoutian tienen un papel esencial en la relación del ser humano y otras especies con el medio que les rodea. Desde saber si un objeto está caliente, a diferenciar una caricia de un golpe o a percibir la posición del cuerpo, TRPV1, RRPM8, Piezo1 y Piezo2 intervienen en multitud de acciones que facilitan la adaptación a diferentes condiciones.

Además, el descubrimiento de estos genes ha abierto numerosas vías de investigación que estudian su participación en múltiples funciones fisiológicas y condiciones patológicas. Por ejemplo, adicionalmente a su papel en la detección del dolor causado por fuerzas mecánicas Piezo1 y Piezo2 intervienen en la presión arterial, la respiración, el control de la vejiga urinaria  e incluso en la regulación de cuánto hierro hay en la sangre. Y TRPV1 interviene en el control de la temperatura corporal, la percepción de diversos tipos de dolor, la función urinaria y la neurogénesis. Estas investigaciones proporcionan nuevo conocimiento básico y están contribuyendo al desarrollo de tratamientos para diversas enfermedades o condiciones, como por ejemplo el dolor crónico.

Fuentes: Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/

Ardem Patapoutian. Interview. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/patapoutian/interview/

 

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