Za to, co udělili Nobelovu cenu za medicínu, analyzujeme podrobně

Dotek historie

Další filozof a vědec francouzského osvícenství, René Descartes, představil vlákna, která spojovala mozek s povrchem kůže. Představoval si, že pokud se noha dotkne plamene, částice tepla pošlou těmito vlákny mechanický signál do mozku a otevřou zvláštní dutinu pro přítok zvířecích duchů. Na konci 19. století již vědci věděli, že určité body na kůži fungují jako senzory, reagující na dotek, horkou nebo chladnou teplotu, což naznačuje „dělbu práce“ v typu stimulu v nervovém systému.

Studium tohoto tématu v minulosti přineslo více než jednu Nobelovu cenu. První z nich obdrželi v roce 1906 Camillo Golgi a Santiago Ramon y Cajal, kteří podrobně popsali stavbu nervového systému včetně spojení receptorů s centry pro zpracování přijatých informací. Charles Sherrington a Edgar Douglas Adrian obdrželi cenu 1932 za popis fungování neuronů (včetně somatosenzorických, které reagují na změny na povrchu nebo uvnitř těla) a funkce synapsí. 1944 Nositelé Nobelovy ceny za fyziologii nebo medicínu Joseph Erlanger a Herbert Gasser objevili různé typy senzorických nervových zakončení, která reagovala na různé podněty, jako jsou lehké doteky nebo bolestivé doteky. Jejich práce ukázala, že pod naší kůží jsou různé skupiny senzorů, které jsou zodpovědné za identifikaci nejrůznějších podnětů a umožňují je rozpoznat. Aby se člověk orientoval ve složitém okolním světě, potřebuje cítit texturu předmětů, rozlišit horké předměty, které hrozí spálením, od příjemně teplých, pichlavých od měkkých, vlhkých od suchých. Ale až do letošní studie laureátů Nobelovy ceny jsme nevěděli, jak se teplota a mechanické podněty přeměňují na elektrické impulsy – signály v nervovém systému.

Všechny tyto mechanismy se ukázaly být nezbytnou součástí somatosenzorického systému, který se skládá z citlivých neuronů a nervových drah, které nám umožňují přijímat objektivní informace o fyzických parametrech světa kolem nás a přeměňovat je na elektrické signály, které jsou přenášeny do centrálního nervového systému. Díky tomu se nejen vědomě rozhodujeme, ale také vykonáváme každodenní drobné úkoly bez účasti myšlení – chodíme, držíme sklenici vody při pití, udržujeme rovnováhu a pohybujeme se ve tmě. To vše by nebylo možné bez informací o hmotnosti, teplotě, textuře předmětů kolem nás, jejich umístění či sklonu povrchu pod námi, stejně jako o poloze našeho těla – ohnutí loktů či kolen, síle úchopu ruky a tak dále. Další důležitou součástí somatosenzorického systému jsou nociceptory, které se aktivují v reakci na aplikaci velké mechanické síly nebo potenciálně škodlivé účinky tepla nebo chladu.

Mentol a pepř, led a oheň

David Julius se narodil v roce 1955 v New Yorku, studoval na Massachusetts Institute of Technology a doktorát získal na Kalifornské univerzitě v Berkeley, kde studoval kvasinkový protein zvaný Kex2. Koncem 90. let David Julius pracoval na Kalifornské univerzitě v San Franciscu a hledal buněčný cíl pro kapsaicin (8-methyl-N-vanilyl-6-nonenamid), což je právě látka, díky které jsou chilli papričky pálivé. Předchozí studie ukázaly, že chuť této látky způsobuje, že se člověk potí, jako by mu bylo horko, a že kapsaicin ovlivňuje senzorické nervové buňky a způsobuje iontové výboje. Ale může provoz iontových kanálů přenášet informace o teplotě?

Jak vypadá vaše slza: 24 nejlepších vědeckých fotografií:

Skutečnost, že Piezo 2 hraje roli „lehkého dotykového senzoru“, vědci přímo prokázali v roce 2014 při pokusech s Merkelovými (Merkel-Ranvier) epiteliálními buňkami, které se nacházejí v kůži a pomáhají cítit dotek. Lehký dotek na tyto buňky spustil iontový proud, který nefungoval bez kanálu Piezo 2. Pataputyan také vyšlechtil linii myší bez Piezo2 a ukázal, že experimentální zvířata měla zhoršené hmatové vjemy, ačkoli mohla snadno rozlišovat mezi teplotami. Zjistil také, že lidé s „rozbitým“ genem kódujícím Piezo2 obtížně rozlišují mezi texturami, cítí polohu těla v prostoru a pohyb vlasů a také se pohybují ve tmě. Později se role Piezo1 vyjasnila: ukázalo se, že pomáhá kontrolovat objem červených krvinek a některé jeho varianty mohou chránit před malárií. Tento kanál také umožňuje vnitřní stěně cév cítit napětí, což pomáhá regulovat krevní tlak a růst nových cév jak v embryu, tak ve zralém organismu. Piezo1 navíc kontroluje napětí ve stěně červených krvinek, bez kterých by absorbovaly příliš mnoho vody a praskaly (nebo uvolňovaly příliš mnoho vody a scvrkávaly se), což by jim bránilo transportovat kyslík po celém těle. Bez Piezo1 (alespoň u myší) je také narušena tvorba silných kostí, které jsou potřebné k podpoře celé tělesné hmotnosti.

Objevy Julia a Pataputyana pomohly nejen pochopit mechanismy našeho těla, jehož rozpad vede ke vzácným dědičným chorobám, ale i poruchám ve vývoji kostry, oběhového a nervového systému. Na základě těchto studií se vyvíjejí léky na tato onemocnění a nové léky proti bolesti.

Teplo (stejně jako chlad a mechanická citlivost) našich těl

Studium citlivosti na chlad, horko a dotek na experimentálních „knokautovaných“ zvířatech má své vlastní potíže: nemůžete se myši zeptat „je ti teplo, děvče.“ Na druhou stranu vědecká etika neumožňuje lidem vypnout své geny. Díky objevům Julia a Pataputiana se však ze soumraku dostaly vzácné (a ne tak) nemoci, jejichž nositelé souhlasili s účastí na výzkumu, který přinesl zajímavé výsledky. Některé „jednopísmenné“ mutace v genu Trpv1 tedy vedou k familiárnímu epizodickému bolestivému syndromu typu 1, kdy člověk pociťuje bolest v horní části těla v důsledku chladu, hladu a fyziologického stresu. Další mutace kanálu TRP jsou spojeny se zdánlivě nevysvětlitelnými pocity tepla v nepřítomnosti horečky, komplexními případy neuropatické bolesti. Mohou také způsobit sníženou citlivost na chlad nebo nám změnit chuť feferonek.

Mutace Piezo2 způsobují několik různých dědičných poruch, mění citlivost na dotek, vibrace a narušují propriocepci. Myši, kterým chybí Piezo2, umírají krátce po narození v důsledku respiračního selhání, zatímco lidé se dvěma alelami, kterým chybí gen, přežijí, ale trpí distální artrogrypózou typu 1. Toto systémové onemocnění zasahuje do vývoje muskuloskeletálního systému a způsobuje fibrózu, přemnožení pojivové tkáně, které způsobuje jizvy. Pacienti mají také dýchací potíže (protože plíce necítí správné množství vzduchu) a práci močového měchýře. Některé genové mutace způsobují jiné typy artrogrypózy, jako je Gordonův syndrom, který se vyznačuje malým vzrůstem a rozštěpeným patrem, nebo Marden-Walkerův syndrom, který způsobuje opožděné psychomotorické reakce, nevyvinutí čelistí a zakřivení páteře ve dvou rovinách. jednou – kyfoskolióza.

Narodí se ale s malformací lymfatického systému – lymfatickou malformací 6 – kvůli které trpí neustálými otoky končetin a obličeje. Mutace se změněnou funkcí genu vedou ke vzniku různých anémií a dehydrataci červených krvinek. Je zajímavé, že mutace E756del, podobně jako srpkovitá anémie, brání malarickému plazmodiu v napadání našich červených krvinek a také zvyšuje koncentraci železa v krvi.

Takže na první pohled úsměvné objevy Julia a Pataputiana, které začaly výzkumem mentolu a kapsaicinu, pomohly nejen k pochopení mechanismů našeho těla, ale také ke studiu příčin některých dědičných chorob. Na základě těchto studií se nyní vyvíjejí léky na tato onemocnění a nové léky proti bolesti, včetně komplexních případů chronické bolesti, jejíž příčiny dříve zůstávaly pro lékaře záhadou.