Только недавно мы рассказали о присуждении«Азиатской Нобелевки», которую в области наук о живом в 2020 году вручат за создание метода оптогенетики. А сегодня объявлены лауреаты еще одной престижной премии, которую всегда присуждают в области нейронаук: премии Кавли. В этом году премию в области нейронаук вручат Дэвиду Джулиусу и Ардему Патапутяну «за их революционное открытие рецепторов температуры и давления».
Артем Патапутян и Дэвид Джулиус
Как известно, премия Кавли вручается раз в два года с 2008 года «за самое большое, самое маленькое и самое сложное». То есть – в области астрофизики, нанотехнологий и нейронаук. Среди лауреатов премии Кавли иногда бывают и будущие нобелевские лауреаты. В области нейронаук – это Джеймс Ротман и Томас Зюдхоф, получившие «Нобеля» за исследование везикулярного транспорта в синапсах и Джон О’Киф, открывший клетки места в гиппокампе.
Так за что же поделят миллион долларов в 2020 году?
Хотя нейронные механизмы для восприятия химических веществ в обонянии и света в зрении были описаны достаточно давно, молекулярная основа для того, как температура и давление обнаруживаются клетками и преобразуются в потенциал действия, отсутствовала до работ лауреатов, которые открыли белки-рецепторы темературы и давления. Они произвели революцию в нейробиологии, дав молекулярную и нейронную основу термо- и механорецепции.
Джулиус использовал капсаицин, жгучее вещество перца, для того, чтобы идентифицировать ген, кодирующий первый датчик температуры, ионный канал TRPV1. Он обнаружил, что TRPV1 активируется высокой температурой, высокой концентрацией протонов, обнаруженных в ишемизированных тканях, и химическими соединениями, генерируемыми во время воспаления, что делает его молекулярным интегратором как для температурного сенсинга, так и для воспалительных сигналов. Затем генетические эксперименты показали, что мутантные мыши с дефицитом TRPV1 имеют дефицит тепловой чувствительности и выраженное снижение воспалительной и онкологической боли.
«Клонирование рецептора капсаицина было своего рода эпохальным моментом с точки зрения понимания молекулярной основы осязания и болевых ощущений… в частности, механизм, с помощью которого физическая сила может активировать эти нейроны», — говорит Джулиус.
Это открытие привело к выявлению семейства каналов, участвующих в восприятии специфических диапазонов теплых и холодных температур и раздражителей, некоторые из которых мутируют в наследственных болевых синдромах. В других экспериментах Джулиус и его коллеги идентифицировали эти каналы как инфракрасные датчики у летучих мышей-вампиров и змей, а также как мишени для токсинов пауков и скорпионов, что еще больше подтвердило их роль в температуре и ощущении боли. TRPV1 и связанные с ним каналы в настоящее время являются целями для разработки новых обезболивающих препаратов.
Однако исследования Патапутиана приняли другое направление, когда он начал задавать вопросы о том, как мы ощущаем давление. В 2010 году его команда обнаружила два новых ионных канала, которые были активированы механическим давлением (легкий толчок тонким стержнем), после чего они выдали электрическую активность нейронов. Он клонировал и назвал эти ионные каналы PIEZO1 и PIEZO2 (от греческого piezi, означающего давление).
PIEZO1 и PIEZO2 были обнаружены на сенсорных нейронах и других типах клеток, что привело к взрыву исследований роли этих ионных каналов в ощущении давления для осязания, боли, регуляции кровяного давления, инфляции легких и проприоцепции.
Проприоцепция относится к нашей способности чувствовать, где наше тело находится в пространстве. Он обычно позволяет нам стоять и ходить, даже с закрытыми глазами или с завязанными глазами, и зависит от нейронов, которые сигнализируют о растяжении мышц в мозг. Команда Патапутяна и другие ученые показали, что PIEZO2 является ключевым рецептором, участвующим в этом процессе, и сообщили, что люди с редким дефицитом PIEZO2 испытывают трудности при стоянии и ходьбе в темноте. Они также не испытывают болевой гиперчувствительности.
Более поздние исследования Патапутяна в области генетики человека и мышиных моделей продемонстрировали роль PIEZO1 в контроле объема эритроцитов. Он обнаружил вариант гена PIEZO1, который, по-видимому, защищает от заражения малярийным паразитом и переносится каждым третьим человеком африканского происхождения.
«Это было очень увлекательное путешествие, следуя за тем, как Пьезос ведет нас от одной биологии и патофизиологии к другой», — говорит Патапутян.
Текст: Алексей Паевский