Por: Rubén Reyes Miranda
El bioquímico David Julius y el biólogo molecular Ardem Patapoutian han sido galardonados conjuntamente por el Instituto Karolinska de Estocolmo con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021 por su descubrimiento de los “receptores de la temperatura y el tacto”.
La percepción de la temperatura y el tacto son dos de las claves evolutivas de miles de especies de nuestro planeta y el ser humano no es una excepción. La información acerca de los ambientes interno y externo activa el sistema nervioso central (SNC) por medio de receptores sensoriales, los cuales son transductores que convierten diversas formas de energía en potenciales de acción en neuronas.
Sin embargo, notar frío, calor o la diferencia entre una superficie lisa y otra rugosa son sensaciones que damos por hecho en el día a día sin saber cómo se producen los impulsos nerviosos que nos permiten percibirlas.
Los descubrimientos revolucionarios de los premios Nobel de este año nos han permitido identificar eslabones críticos que faltaba para comprender ¿cómo se convierten los estímulos térmicos y mecánicos en impulsos eléctricos en el sistema nervioso que nos permiten percibir y adaptarnos a nuestro entorno?
David Julius y Ardem Patapoutian han conseguido la solución a estas incógnitas, un esfuerzo que ha reconocido la Real Academia de las Ciencias de Suecia y por el cual lograron lo más alto del podio.
Julius ha utilizado la capsaicina, un compuesto picante del chile que induce una sensación de ardor, para identificar un sensor en las terminaciones nerviosas de la piel que responde al calor. Con previos estudios se sabía que la capsaicina activaba las células nerviosas que provocan la sensación de dolor, pero la forma en que esta sustancia química ejercía realmente esta función era un enigma sin resolver.
Julius y su equipo crearon una biblioteca de millones de fragmentos de ADN correspondientes a los genes que se expresan en las neuronas sensoriales que pueden reaccionar al dolor, el calor y el tacto. Julius planteó la hipótesis de que la biblioteca incluiría un fragmento de ADN que codificaría la proteína capaz de reaccionar a la capsaicina.
Estos expresaron genes individuales de esta colección en células cultivadas que normalmente no reaccionan a la capsaicina. Tras una e búsqueda, se identificó un único gen capaz de hacer que las células fueran sensibles a la capsaicina. Se había encontrado 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 recibió posteriormente el nombre de TRPV1.
Cuando Julius investigó la capacidad de la proteína para responder al calor, se dio cuenta de que había descubierto un receptor sensor de calor que se activa a temperaturas percibidas como dolorosas.
El descubrimiento del TRPV1 supuso un gran avance que abrió el camino para desentrañar otros receptores sensores de la temperatura. De forma independiente, Julius y Patapoutian utilizaron la sustancia química mentol para identificar el TRPM8, un receptor que se activaba con el frío. Se identificaron otros canales iónicos relacionados con el TRPV1 y el TRPM8 y se comprobó que se activaban con diferentes temperaturas.
Ardem Patapoutian y sus colaboradores desarrollaban los mecanismos de la sensación de temperatura, seguía sin estar claro cómo los estímulos mecánicos podían convertirse en nuestros sentidos del tacto y la presión.
Los investigadores ya habían encontrado sensores mecánicos en las bacterias, pero los mecanismos que subyacen al tacto en los vertebrados seguían siendo desconocidos. Patapoutian quería identificar los receptores que se activan con los estímulos mecánicos.
Junto con sus colaboradores, identificó por primera vez una línea celular que emitía una señal eléctrica medible cuando se pinchaban células individuales con una micropipeta. Se asumió que el receptor activado por la fuerza mecánica es un canal iónico y en un siguiente paso se identificaron 72 genes candidatos que codifican posibles receptores.
Estos genes se inactivaron uno a uno para descubrir el gen responsable de la mecanosensibilidad en las células estudiadas. Tras una intensa búsqueda, Patapoutian y sus colegas lograron identificar un único gen cuyo silenciamiento hacía que las células fueran insensibles a los pinchazos con la micropipeta.
Se había descubierto un nuevo canal iónico mecanosensible totalmente desconocido y se le dio el nombre de Piezo1, por la palabra griega que significa presión. Por su similitud con Piezo1, se descubrió un segundo gen al que se denominó Piezo2. Se descubrió que las neuronas sensoriales expresaban altos niveles de Piezo2 y estudios posteriores establecieron firmemente que Piezo1 y Piezo2 son canales iónicos que se activan directamente por el ejercicio de la presión sobre las membranas celulares.
Este gran avance de Patapoutian dio lugar a una serie de trabajos de su grupo y de otros, que demostraron que el canal iónico Piezo2 es esencial para el sentido del tacto. Además, se demostró que Piezo2 desempeña un papel fundamental en la detección de la posición y el movimiento del cuerpo, de importancia crítica, conocida 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.
BIBLIOGRAFÍA
-Coste, B., Mathur, J., Schmidt, M., Earley, TJ., Ranade, S., Petrus, MJ., Dubin, AE. (2010). Patapoutian A. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science. 330: 55-60.
-BBC NEWS MUNDO. (04 de Octubre 2021). Premio Nobel de Medicina: qué son los receptores de la temperatura y el tacto por los que David Julius y Ardem Patapoutian ganaron el galardón. BBC NEWS. https://www.bbc.com/mundo/noticias-58787574
-The Nobel prize. (04 octubre 2021). Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021.
-Raff, H., Levitzky, M. (2015). Fisiología médica. Un enfoque por aparatos y sistemas. Mexico, Df: Mc Graw Hill.
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