David Julius y Ardem Patapoutian ganan el Premio Nobel de Medicina


EP Madrid

Los científicos David Julius y Ardem Patapoutian han sido galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2021 por sus «descubrimientos de la temperatura y los receptores táctiles».

Julius ha usado capsaicina, un compuesto picante en el chile que causa una sensación de ardor, para identificar un sensor en las terminaciones nerviosas de la piel que responde al calor. Patapoutian ha utilizado células sensibles a la presión para descubrir una nueva clase de sensores que responden a estímulos mecánicos en la piel y los órganos internos.

“Estos descubrimientos revolucionarios lanzaron intensas actividades de investigación que rápidamente nos dieron una mayor comprensión de cómo nuestro sistema nervioso percibe el calor, el frío y los estímulos mecánicos. Los ganadores identificaron vínculos cruciales que faltaban en nuestra comprensión de la compleja interacción entre nuestros sentidos y el medio ambiente ”, explicó el Instituto Karolinska (Suecia) en un comunicado.

Joseph Erlanger y Herbert Gasser fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1944 por su descubrimiento de diferentes tipos de fibras nerviosas sensoriales que responden a diferentes estímulos, por ejemplo en respuesta al tacto doloroso y no doloroso.

Desde entonces se ha demostrado que las células nerviosas están altamente especializadas en la detección y transducción de diferentes tipos de estímulos, lo que permite una percepción matizada de nuestro entorno; por ejemplo, nuestra capacidad para sentir diferencias en la textura de la superficie con las yemas de los dedos, o nuestra capacidad para distinguir tanto el calor agradable como el doloroso.

Antes de los descubrimientos de David Julius y Ardem Patapoutian, nuestra comprensión de cómo el sistema nervioso percibe e interpreta nuestro entorno contenía otra cuestión fundamental sin resolver: cómo los estímulos térmicos y mecánicos se convierten en impulsos eléctricos en el sistema nervioso.

David Julius: la clave está en los chiles

Julius nació en 1955 en Nueva York (Estados Unidos). Fue contratado en 1989 por la Universidad de California, San Francisco, donde ahora es profesor. A fines de la década de 1990, vio la oportunidad de hacer grandes avances al analizar cómo la capsaicina química causa la sensación de ardor que sentimos cuando entramos en contacto con los chiles.

Ya se sabía que la capsaicina activaba las células nerviosas que causan sensación de dolor, pero la forma en que este químico realmente realizaba esta función era un enigma sin resolver. Julius y sus colaboradores crearon una biblioteca de millones de fragmentos de ADN que corresponden a genes expresados ​​en neuronas sensoriales que pueden responder al dolor, al calor y al tacto. Julius y sus colegas plantearon la hipótesis de que la biblioteca contendría un fragmento de ADN que codificaría la proteína capaz de responder a la capsaicina.

Expresaron genes individuales de esta colección en células cultivadas que normalmente no responden a la capsaicina. Después de una búsqueda meticulosa, se identificó un solo gen que puede hacer que las células sean sensibles a la capsaicina. Se encontró el gen de la capsaicina. Otros experimentos revelaron que el gen identificado codificaba una nueva proteína de canal iónico, y este receptor de capsaicina recién descubierto se denominó más tarde TRPV1. Cuando Julius examinó la capacidad de la proteína para responder al calor, se dio cuenta de que había descubierto un receptor sensible al calor que se activa a temperaturas que se experimentan como dolorosas.

El descubrimiento de TRPV1 fue un gran avance que allanó el camino para desentrañar otros receptores sensibles a la temperatura. Julius y Patapoutian utilizaron de forma independiente el mentol químico para identificar TRPM8, un receptor que se activaba con el frío. Se identificaron y activaron otros canales iónicos relacionados con TRPV1 y TRPM8 a diferentes temperaturas.

Muchos laboratorios llevaron a cabo programas de investigación sobre el papel de estos canales en la sensación térmica utilizando ratones modificados genéticamente que carecían de estos genes recién descubiertos. El descubrimiento de TRPV1 por David Julius fue un gran avance en la comprensión de cómo las diferencias de temperatura pueden desencadenar señales eléctricas en el sistema nervioso.

Ardem Patapoutian

Patapoutian nació en 1967 en Beirut (Líbano). En su juventud se mudó de Beirut devastada por la guerra a Los Ángeles (EE. UU.) Y recibió su doctorado en 1996 del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. Ha sido científico en Scripps Research desde 2000, donde ahora es profesor.

A medida que evolucionaron los mecanismos de la sensación de temperatura, no quedó claro cómo los estímulos mecánicos podrían transponerse a nuestros sentidos del tacto y la presión. Los investigadores ya habían encontrado sensores mecánicos en bacterias, pero los mecanismos subyacentes al tacto en los vertebrados seguían siendo desconocidos. Patapoutian quería identificar los receptores esquivos que son activados por estímulos mecánicos.

Junto con sus colaboradores, identificó por primera vez una línea celular que emitía una señal eléctrica medible cuando se perforaban células individuales con una micropipeta. Se supuso que el receptor activado mecánicamente era un canal iónico y en un paso siguiente se identificaron 72 genes candidatos que codificaban receptores potenciales.

Estos genes se inactivaron uno a uno para descubrir el gen responsable de la mecanosensibilidad en las células estudiadas. Después de una ardua búsqueda, Patapoutian y sus colaboradores pudieron identificar un solo gen cuyo silenciamiento hizo que las células fueran insensibles a las perforaciones de las micropipetas.

Se había descubierto un nuevo canal de iones mecánicamente sensible totalmente desconocido y se llamó Piezo1, después de la palabra griega para presión. Debido a su similitud con Piezo1, se descubrió un segundo gen llamado Piezo2. Se ha descubierto que las neuronas sensoriales expresan altos niveles de Piezo2, y estudios posteriores han establecido firmemente que Piezo1 y Piezo2 son canales iónicos que se activan directamente al aplicar presión a las membranas celulares.

El progreso de Patapoutian llevó a una serie de trabajos de su grupo y otros que muestran que el canal iónico Piezo2 es esencial para el sentido del tacto. Además, se descubrió que Piezo2 desempeña un papel fundamental en la detección de la posición y el movimiento críticos del cuerpo, lo que se conoce como propiocepción. En trabajos posteriores, se ha demostrado que los canales Piezo1 y Piezo2 regulan otros procesos fisiológicos importantes, como la presión arterial, la respiración y el control de la vejiga urinaria.

Los innovadores descubrimientos de los canales TRPV1, TRPM8 y piezoeléctricos realizados por los premios Nobel de este año han proporcionado información sobre cómo el calor, el frío y la fuerza mecánica pueden iniciar impulsos nerviosos que nos permiten percibir el mundo que nos rodea y adaptarnos al mundo que experimentamos.

Los canales TRP son fundamentales para nuestra capacidad de detectar la temperatura. El canal Piezo2 nos da el sentido del tacto y la capacidad de sentir la posición y el movimiento de las partes de nuestro cuerpo. Los canales TRP y Piezo también contribuyen a numerosas funciones fisiológicas adicionales que dependen de la percepción de la temperatura o de los estímulos mecánicos. Este conocimiento se utiliza para desarrollar tratamientos para una amplia variedad de enfermedades, incluido el dolor crónico.

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