dilluns, 4 d’octubre de 2021

Receptors tàctils (Julius & Patapoutian, Premi Nobel de Fisiologia, 2021)

Fisiologia sensorial: L'Assemblea Nobel de l'Institut Karolinska ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Medicina o Fisiologia de l'edició del 2021 a David Julius i Ardem Patapoutian "per les llurs descobertes de receptors de temperatura i tàctils". S'hi refereixen a proteïnes termosensibles com TRPV1 i TRPM8, i a proteïnes mecanosensibles com PIEZ01 o PIEZ02. Julius identificà TRPV1 com el canal proteic responsable de la percepció de la capsaïcina (el principi actiu de la sensació de cremor del pebre). Patapoutian identificà els receptors Piezo en cèl·lules sensibles a la pressió. Avui sabem que TRPV1 també participa en la nocicepció, i que PIEZ02 és també un proprioceptor.

David Julius

David Julius (*NYC, 4.11.1955) es graduà el 1977 al Massachusetts Institute of Technology (MIT). Sota la supervisió conjunta de Jeremy Thorner i Randy Scheckman realitzà la tesi doctoral sobre convertases de proproteïnes en el decurs de la qual identificà Kex2. Defensà reixidament la tesi doctoral en el 1984, i passà a fer un postdoctorat sota la supervisió de Richard Axel a la Columbia University, on clonà i caracteritzà el receptor 1c de la serotonina (Julius et al., 1988). Més endavant esdevingué professor a la University of California, San Francisco, on establí el seu laboratori de biologia molecular de canals iònics i de transducció sensorial.

Ardem Patapoutian

Արտեմ Փաթափութեան (*Beirut, 1967) estudià a la Universitat Americana de Beirut i, el 1986, passà a la University of California, Los Angeles, on es graduà en biologia cel·lular (1990). Realitzà la tesi doctoral al California Institute of Technology, defensant-la amb èxit en el 1996. Seguidament treballà amb Louis F. Reichhardt a la UCSF, per passar en el 2000 al Scripps Research Institute com a professor ajudant. Compaginà la posició al Scripps amb la investigació per a la Novartis Research Foundation. A partir del 2014 esdevingué addicionalment investigador del Howard Hughes Medical Institute. El laboratori de Patapoutian a Scripps Research se centra en la identificació i caracterització de canals iònics i altres sensors que transdueixen estímuls mecànics (contacte, dolor, so, pressió, etc.) en senyals químics.

Els receptors TRPV1 i TRPM8

En el 1997, el laboratori de Julius clonà i caracteritzà un receptor de capsaïcina, el compost de pebrots del gènere Capsicum que els confereix sabor picant. Caterina et al. trobaren que aquest receptor, TRPV1, present en neurones sensorials, era un canal iònic sensible a la calor dolorosa. Aquest canal pertany a la superfamília de canals catiònics TRP (transient receptor potential).

El grup de Julius també clonà i caracteritzà altres receptors de la mateixa superfamília TRP, com el TRPM8 (=CMR1) o el TRPA1. McKemy et al. (2002) mostraren que el canal TRPM8, present en neurones sensorials del nervi trigemim, s'obria en presència de mentol o a temperatures més fredes. Jordt et al. constataven que el canal TRPA1 de neurones sensorials primàries era sensible a l'oli de mostassa.

El receptor de la capsaïcina fou localitzat en neurones aferents primàries tant somàtiques com viscerals (Tominaga et al., 1998)

Les afinitats químiques d'aquests receptors expliquen en part perquè associem el picant amb la calor i la menta amb la frescor. Aquests tipus de receptors també es troben en les fibres nervioses especialitzades en la detecció d'estímuls dolorosos.

En biologia cel·lular, el concepte de receptor s'aplica a les terminacions neuronals (imatge). En biologia molecular, a les proteïnes, habitualment canals transmembrana, que confereixen aquesta capacitat de recepció a les neurones.

Els receptors Piezo

El laboratori de Patapoutian s'especialitzà en els receptors responsables de la percepció de la temperatura (termoceptors), del tacte i del dolor (nociceptors). A la feina d'identificació de canals iònics i receptors, seguia després l'el·lucidació de la transducció d'aquests senyals (vies de senyalització). Syeda et al. (2015) esclariren l'activació química del canal mecanotransductor Piezo1. Woo et al. (2015) assenyalaren Piezo2 com el principal canal mecanotransductor de la propriocepció (la percepció de posició del cos i de membres corporals). En un model de ratolí, el laboratori de Patapoutian constatà l'expressió de Piezo2 en els extrems sensorials de proprioceptors que inerven els fusos musculars i els òrgans de Golgi de tendons en ratolins.

Syeda et al. (2015) estudiaren el receptor Piezo1 en un model de transfecció en cèl·lules HEK-293T

La identificació dels receptors i dels elements de transducció de la propriocepció i de la nocicepció aporten dianes terapèutiques per a diferents tipus de patologies.

L'òrgan tendinós de Golgi presenta terminacions nervioses amb mecanoceptors Piezo1. És un exemple d'òrgan de propriocepció, ja que ofereix informació sobre pressió o tensió del propi tendó del qual fa part.

Lligams:

- Comunicat de premsa sobre el Premi Nobel de Fisiologia 2021 del Karolinska Institut.

- Julius Lab at UCSF.

- The Patapoutian Lab.

- The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Michael J. Caterina, Mark A. Schumacher, Makoto Tominaga, Tobias A. Rosen, Jon D. Levine, David Julius. Nature 389: 816-824 (1997)

- Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. David D. McKemy, Werner M. Neuhausser, David Julius. Nature 416: 52-58 (2002).

- Chemical activation of the mechanotransduction channel Piezo1. Ruhma Syeda, Jie Xu, Adrienne E Dubin, Bertrand Coste, Jayanti Mathur, Truc Huynh, Jason Matzen, Jianmin Lao, David C Tully, Ingo H Engels, H Michael Petrassi, Andrew M Schumacher, Mauricio Montal, Michael Bandell, Ardem Patapoutian. eLife 4: e07369 (2015).

- Piezo2 is the principal mechanotransduction channel for proprioception. Seung-Hyun Woo, Viktor Lukacs, Joriene C de Nooij, Dasha Zaytseva, Connor R Criddle, Allain Francisco, Thomas M Jessell, Katherine A Wilkinson, Ardem Patapoutian. Nature Neuroscience 18: 1756-1762 (2015).