Лауреаты Нобелевской премии этого года смогли найти ответ на вопрос, как именно возникают нервные импульсы, благодаря которым мы ощущаем тепло, холод и прикосновения.
4 октября вышел пресс-релиз, из которого мировая общественность узнала, что в 2021 году лауреатами Нобелевской премии по медицине стали Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян за открытие рецепторов температуры и прикосновения. Они установили, как температура и механические стимулы преобразуются в электрические импульсы в нервной системе.
Во второй половине 1990-х годов команда Дэвида Джулиуса выяснила, за счет чего химическое соединение капсаицин вызывает ощущение жжения. Для этого была создана библиотека из миллионов фрагментов ДНК, соответствующих генам, которые экспрессируются в сенсорных нейронах, реагирующих на боль, тепло и прикосновения. Затем исследователи активировали отдельные гены из этой коллекции в клеточных культурах, которые в норме не реагируют на капсаицин. Таким образом удалось выявить единственный ген, способный сделать клетки чувствительными к воздействию этого соединения. Дальнейшие эксперименты показали, что идентифицированный ген TRPV1 кодирует ранее неизвестный ионный канал, который также активируется при температурах, воспринимаемых как болезненные. Это открытие стало прорывом, в результате которого были найдены и другие рецепторы, чувствительные к температуре.
Примерно в тот же период Ардем Патапутян и его сотрудники первые в мире исследовали линию клеток, которые генерировали измеримый электрический сигнал при механическом повреждении. Предполагалось, что белок, активируемый механическим воздействием, представляет собой ионный канал. Всего были определены 72 гена-кандидата, и начата работа по поочередной их инактивации. По иронии судьбы, тот ген, который ученые искали, оказался последним в списке, поэтому исследование заняло очень много времени. Открытый ген, кодирующий механочувствительный ионный канал, был назван PIEZO1. Чуть позже был также обнаружен и второй ген со схожей функцией — PIEZO2. Было показано, что Piezo2 играет ключевую роль в проприоцепции — восприятии положения и движения частей тела в пространстве. Также PIEZO1 и PIEZO2 регулируют ключевые физиологические процессы, в том числе поддержание артериального давления, дыхания и функционирование мочевого пузыря.
Независимо друг от друга и Дэвид Джулиус, и Ардем Патапутян использовали ментол для имитации ощущения холода и обнаружили ген TRPM8. К этому моменту уже многие лаборатории вели работу в этом направлении, поэтому достаточно быстро были идентифицированы и другие ионные каналы, родственные TrpV1 и TRPM8, активирующиеся при различных температурах.
Дальнейшие исследования, основанные на открытиях, удостоенных Нобелевской премии этого года, были направлены на выяснение функций вышеперечисленных генов в различных физиологических процессах. Эти знания могут быть использованы для разработки методов лечения широкого спектра заболеваний.