fbpx

Ozadje izjemnega odkritja letošnjih Nobelovih nagrajencev za medicino

Svedska, Stockholm. Letosnja Nobelova nagrada za fiziologijo ali medicino gre v roke ameriskemu fiziologu Davidu Juliusu in armensko-ameriskemu molekularnemu biologu Ardemu Patapoutianu za odkritje receptorjev za temperaturo in dotik. Foto: Twitter

Vsako leto se podelitve Nobelovih nagrad začnejo s področjem medicine in tudi letos je bilo temu tako. Švedska akademija znanosti, ki že več kot sto let podeljuje Nobelove nagrade je v ponedeljek uradno razglasila letošnja nagrajenca: Ardema Patapoutiana, armensko-ameriškega profesorja in raziskovalca iz Medicinskega inštituta Scripps Research v La Jolli v Kaliforniji in Davida Juliusa, ameriškega doktorja biologije, raziskovalca in profesorja iz Univerze v San Franciscu (UCSF). A kaj so pravzaprav receptorji za dotik in toploto, za odkritje katerih sta letošnja nobelovca prejela nagrado in kako bo njihovo odkritje vplivalo na nadaljnji razvoj medicine?

Ta teden smo v medijih lahko zasledili, da sta letošnja dobitnika Nobelove nagrade za medicino s svojim raziskovalnim delom na področju nevrobiologije omogočila razumeti, kako lahko toplota, mraz in mehanska sila sprožijo živčne impulze, ki človeškemu telesu omogočajo zaznavanje in ustrezno prilagajanje svetu. Znanstveniki že desetletja dobro vedo, da so posamezne živčne celice (imenovane tudi nevroni oz. ganglijske celice) specializirane za prenos različnih vrst dražljajev do točno določenih centrov v centralnem živčnem sistemu (možganih). Tako že od 40. let prejšnjega stoletja poznamo senzorične nevrone, vrsto visoko-specializiranih nevronov, ki s pomočjo biokemičnega procesa imenovanega senzorična transdukcija določen dražljaj iz zunanjega okolja pretvorijo v t. i. akcijski potencial, ki sproži električni impulz, ki vzdolž aksonov preko hrbtenjače potuje v predel možganov imenovan talamus, od koder potuje v del možganske skorje imenovan postcentralni girus (ki je del primarnega somatosenzoričnega korteksa), ki prejet signal ustrezno sprocesira.

Vendar pa vse do konca 90. let prejšnjega stoletja znanstvenikom ni bilo jasno, kako živčevje pri vretenčarjih interpretira specifične dražljaje iz okolja, ki v telesu sprožajo občutke bolečine oz. mraza/toplote ter kako funkcionira mehanizem s katerim jih živčni sistem pretvarja v električne impulze. Ta zapleten nevrobiološki proces, ki je odgovoren za sprejemanje in zaznavanje potencialno ogrožajočih kemičnih, mehanskih ter termičnih dražljajev (lat. noxious stimulus) s strani perifernih ali visceralnih nociceptorjev (senzoričnih nevronov, ki reagirajo na dejansko ali potencialno poškodbo oživčenega tkiva) se imenuje nocicepcija. Proces nocicepcije danes že precej dobro poznamo, ta pa deluje na podlagi enakega mehanizma kot že opisana senzorična transdukcija pri senzoričnih nevronih. Tako se tudi v tem primeru na prostih končičih bolečinskih živcev, ki sestavljajo periferni živčni sistem, ob dovolj močnem kemičnem, mehanskem ali termičnem vzdraženju sproži akcijski potencial – kratkotrajen prehoden preobrat membranskega potenciala (razlika električnega potenciala med notranjostjo in zunanjostjo celice) vzdražene celice – ki sproži električni impulz, ki se nato po živcih prenese v osrednji živčni sistem.

Odkritje proteinov
Raziskave ameriških strokovnjakov pod vodstvom Juliusa in Patapoutiana v zadnjih desetletjih so tako tlakovale pot odkritju še enemu izmed manjkajočih delov v procesu nocicepcije, in sicer odkritju proteinov, ki so na molekularni ravni ključni za delovanje receptorjev za mehansko oz. termično percepcijo okolice. Kronološko je bil v svojih raziskavah hitrejši Julius, ki je leta 1997 svoje delo kronal z odkritjem receptorjev za zaznavanje toplote in predstavitvijo njihovega delovanja. Laboratorij pod njegovim vodstvom je tega leta odkril receptor oz. protein TRPV1 (ang. transient receptor potential cation channel subfamily V member 1), ki je znan tudi kot receptor, ki zaznava substanco kapsaicin, ki je v naravi sicer prisotna v čiliju, kateremu daje značilen pekoč občutek. Prav ta pekoč občutek, ki ga zaznamo, ko zaužijemo čili je v prvi vrsti tudi navdihnil Juliusa, da je iz čilija izločil kapsaicin, nato pa s postopnim izločanjem iskal receptorje, ki so občutljivi nanj. V letih, ki so sledila je Juliusova ekipa odkrila še celo vrsto drugih receptorjev iz družine TRP, med drugim TRPM8 in TRPA1, ki sta odgovorna za zaznavanje gorčičnega olja in mentola, vendar pa je bilo odkritje receptorja TRPV1 vseeno daleč najpomembnejše, obenem pa je predstavljalo tudi podlago za vsa ostala odkritja na tem področju.

Patapoutian je po drugi strani pozornost svetovne nevrobiološke srenje vzbudil šele dobro desetletje kasneje, za razliko od Juliusa, ki je opravil pionirsko delo na področju receptorjev za temperaturo, pa se je armensko-ameriški znanstvenik pri svojem delu osredotočil na receptorje za mehansko silo. Pri raziskavah kako se celice odzivajo na dotik je začel lov na izmuzljiv gen v specifični celični liniji, ki je ob dotiku z mikropipeto dala merljiv električni signal. Strokovnjaki pod njegovim vodstvom so pri tem predvidevali, da gre za ionski kanal, zato so začeli iskati gen med 72 kandidati. Ko so enega za drugem utišali, so naposled odkrili ključni gen, ki so ga poimenovali Piezo1 (njegovo ime izhaja iz grške besede za pritisk). Kasneje so odkrili še gen Piezo2, ki je podoben prvemu. Drugi se je v resnici izkazal še za pomembnejšega od prvega, oba pa sta pomembna ne le pri zaznavanju dotika, temveč tudi pri izpeljanih funkcijah, denimo dihanju ali uravnavanju krvnega tlaka.

Odkritja odpirajo vrata na področju zdravljenja
Odkritja Juliusa in Patapoutiana na široko odpira vrata številnim potencialnim prebojem na področju zdravljenja različnih bolezenskih stanj. Tako na primer eritrociti (rdeče krvne celice) tudi izločajo Piezol, kar jim najverjetneje omogoča, da lahko spremenijo obliko in s tem nemoteno potujejo skozi kapilare. Vendar pa lahko določene mutacije v Piezolu vodijo v deformacijo eritrocitov, kar privede do redke vrste anemije (slabokrvnosti), pri kateri pride do zmanjšanega števila rdečih krvničk in/ali zmanjšane koncentracije hemoglobina v krvi. Poleg bolj učinkovitega spopadanja s težjimi oblikami anemije znanstveniki upajo, da jim bo Juliusovo in Patapoutianovo delo omogočilo tudi bolj efektivno zdravljenje kronične bolečine, ki bi jo lahko zdravili z novimi zdravili, ki bi delovala specifično na skupino receptorjev TRP.

Marko Markič