Medicina, premio Nobel a David Julius e Ardem Patapoutian.
L’Assemblea del Nobel ha deciso oggi di premiare congiuntamente i ricercatori David Julius e Ardem Patapoutian per la scoperta dei recettori alla base del tatto e dei meccansimi che regolano la percezione del freddo e del caldo.
La nostra capacità di percepire il calore, il freddo e il tatto è essenziale per la sopravvivenza e sostiene la nostra interazione con il mondo che ci circonda. Nella nostra vita quotidiana diamo per scontate queste sensazioni, ma come vengono avviati gli impulsi nervosi in modo che la temperatura e la pressione possano essere percepite? Questa domanda è stata risolta dai vincitori del Premio Nobel di quest’anno.
David Julius ha utilizzato la capsaicina, un composto pungente del peperoncino che induce una sensazione di bruciore, per identificare un sensore nelle terminazioni nervose della pelle che risponde al calore. Ardem Patapoutian ha utilizzato, invece, cellule sensibili alla pressione per scoprire una nuova classe di sensori che rispondono a stimoli meccanici nella pelle e negli organi interni. Queste scoperte rivoluzionarie hanno avviato intense attività di ricerca che hanno portato a un rapido aumento della nostra comprensione di come il nostro sistema nervoso percepisce il calore, il freddo e gli stimoli meccanici. I vincitori – si legge nella motivazione dell’accademia – hanno identificato i collegamenti critici mancanti nella nostra comprensione della complessa interazione tra i nostri sensi e l’ambiente.
Nel 17° secolo, ricordano dall’accademia, il filosofo René Descartes immaginò fili che collegassero diverse parti della pelle con il cervello. Le scoperte hanno poi rivelato l’esistenza di neuroni sensoriali specializzati che registrano i cambiamenti nel nostro ambiente. Joseph Erlanger e Herbert Gasser hanno poi ricevuto il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1944 per la scoperta di diversi tipi di fibre nervose sensoriali che reagiscono a stimoli distinti, ad esempio, nelle risposte al tocco doloroso e non doloroso. Da allora, è stato dimostrato che le cellule nervose sono altamente specializzate nel rilevare e tradurre diversi tipi di stimoli, consentendo una percezione sfumata di ciò che ci circonda; ad esempio, la nostra capacità di percepire le differenze nella trama delle superfici attraverso la punta delle dita, o la nostra capacità di discernere sia il calore piacevole che il calore doloroso.
Prima delle scoperte di David Julius e Ardem Patapoutian, la nostra comprensione di come il sistema nervoso percepisce e interpreta il nostro ambiente conteneva ancora una domanda fondamentale irrisolta: come vengono convertiti la temperatura e gli stimoli meccanici in impulsi elettrici nel sistema nervoso?
Nell’ultima parte degli anni ’90, David Julius dell’Università della California, San Francisco, USA, ha avviato le ricerche sulla capsaicina. Si sapeva già che la capsaicina attivava le cellule nervose causando sensazioni di dolore, ma il modo in cui questa sostanza chimica esercitava effettivamente questa funzione era un enigma irrisolto. Julius e i suoi collaboratori hanno creato una libreria di milioni di frammenti di DNA corrispondenti a geni espressi nei neuroni sensoriali che possono reagire al dolore, al calore e al tatto. Julius e colleghi hanno quindi ipotizzato che la libreria includerebbe un frammento di DNA che codifica per la proteina in grado di reagire alla capsaicina. Dopo una laboriosa ricerca, è stato identificato un singolo gene in grado di rendere le cellule sensibili alla capsaicina. Ulteriori esperimenti hanno rivelato che il gene identificato codificava una nuova proteina del canale ionico e questo recettore della capsaicina appena scoperto è stato successivamente chiamato TRPV1. Quando Julius ha studiato la capacità della proteina di rispondere al calore, si è reso conto di aver scoperto un recettore sensibile al calore che si attiva a temperature percepite come dolorose.
La scoperta di TRPV1 è stata un’importante svolta che ci ha permesso di capire come le differenze di temperatura possono indurre segnali elettrici nel sistema nervoso, aprendo la strada alla scoperta di ulteriori recettori di rilevamento della temperatura. Indipendentemente l’uno dall’altro, sia David Julius che Ardem Patapoutian hanno utilizzato la sostanza chimica mentolo per identificare il TRPM8, un recettore. Sono stati identificati ulteriori canali ionici correlati a TRPV1 e TRPM8 e si è scoperto che sono attivati da un intervallo di temperature diverse.
Patapoutian e i suoi collaboratori, ancora, hanno identificato per la prima volta una linea cellulare che emetteva un segnale elettrico misurabile quando le singole cellule venivano colpite con una micropipetta. Si è ipotizzato che il recettore attivato dalla forza meccanica sia un canale ionico e in una fase successiva sono stati identificati 72 geni candidati che codificano per possibili recettori. Questi geni sono stati inattivati uno per uno per scoprire il gene responsabile della meccanosensibilità nelle cellule studiate. Dopo un’ardua ricerca, Patapoutian e i suoi collaboratori sono riusciti a identificare un singolo gene il cui silenziamento ha reso le cellule insensibili ai colpi con la micropipetta, scoprendo così un nuovo canale ionico meccanosensibile del tutto sconosciuto, il Piezo1, dalla parola greca per pressione (í; píesi). Grazie alla sua somiglianza con Piezo1, è stato scoperto un secondo gene chiamato Piezo2.
La scoperta di Patapoutian ha dimostrano che il canale ionico Piezo2 è essenziale per il senso del tatto. Inoltre, è stato dimostrato che Piezo2 svolge un ruolo chiave nel rilevamento di fondamentale importanza della posizione e del movimento del corpo, noto come propriocezione. In ulteriori lavori, è stato dimostrato che i canali Piezo1 e Piezo2 regolano ulteriori importanti processi fisiologici tra cui la pressione sanguigna, la respirazione e il controllo della vescica urinaria.
Le scoperte rivoluzionarie dei canali TRPV1, TRPM8 e Piezo da parte dei vincitori del Premio Nobel di quest’anno ci hanno permesso di capire come il calore, il freddo e la forza meccanica possono avviare gli impulsi nervosi che ci consentono di percepire e adattarci al mondo che ci circonda. I canali TRP sono infatti centrali per la nostra capacità di percepire la temperatura. Il canale Piezo2, in particolare, ci fornisce il senso del tatto e la capacità di sentire la posizione e il movimento delle nostre parti del corpo. I canali TRP e Piezo contribuiscono anche a numerose funzioni fisiologiche aggiuntive che dipendono dal rilevamento della temperatura o da stimoli meccanici.
foto Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach