A meleg, a hideg és a tapintás érzékelése esszenciális a túléléshez, és meghatározza a világgal való interakcióinkat. Mindennapjainkban magától értetődőnek vesszük ezeket az érzeteket, de hogy pontosan hogyan lesznek a hő- és tapintási ingerekből idegi impulzusok és percepciók, azt az idei év Nobel-díjazottjai válaszolták meg, áll a Svéd Királyi Tudományos Akadémia közleményében.
David Julius a paprika csípősségét adó kapszaicin segítségével azonosította a bőrben található idegvégződések hőreceptorait, Ardem Patapoutian pedig nyomásérzékeny sejtek révén egy olyan új, korábban ismeretlen receptortípust fedezett fel, amely a bőrben és a belső szervekben a mechanikai ingerek feldolgozását végzi. Ezek az alapvető felfedezések, amelyek kritikus fontosságú kapcsolódási pontokat tártak fel a környezet és érzékelésünk között, intenzív kutatásokat indítottak el, amelyek révén mára sokkal jobban értjük, hogyan érzékeljük a külvilágot.
Az érzékszervek működése évezredek óta izgatja a kutatók és a laikusok fantáziáját. A 17. században René Descartes úgy képzelte a hőérzékelést, hogy a bőr különböző részeit vékony szálak kötik össze az aggyal, így amikor a talpat komoly hő, például nyílt láng éri, egy mechanikai jel fut be az agyunkba. A későbbi felfedezések aztán feltárták, hogy a környezeti változások detektálást speciális érzőneuronok végzik.
Joseph Erlanger és Herbert Gasser 1944-ben kaptak orvosi-élettani Nobel-díjat a különféle érzőideg-rostok stimulusokra való reakcióinak leírásáért (például hogy ezek hogyan reagálnak a fájdalmas és a nem fájdalmas érintésekre). Azóta kiderült, hogy az idegsejtek magas szinten specializálódtak a különböző ingerek detektálására és továbbítására, lehetővé téve, hogy környezetünket részletesen érzékeljük, különbséget téve például a felületek textúrája, és a legkisebb hőmérsékleti változások között.
Julius és Patapoutian eredményei előtt azonban senki sem tudta a választ arra a kérdésre, hogyan lesznek a hő- és mechanikai ingerekből az idegrendszer által értelmezhető elektromos impulzusok. Julius az 1990-es második felében a Kaliforniai Egyetemen végezte kutatásait, többek közt azt vizsgálva, hogyan okoz a kapszaicin égő érzést. A paprikában található kémiai összetevőről eddigre már tudták a szakértők, hogy az idegsejteket aktiválva fájdalomérzetet képes kiváltani, de a pontos működési mechanizmust nem ismerték a szakértők.
Julius és kollégái létrehoztak egy sokmillió DNS-fragmentumból álló könyvtárat azokból a génekből, amelyek az fájdalomra, hőre és tapintásra reagálni képes érzőneuronokon kifejeződnek. A kutatók azt feltételezték, hogy ez a könyvtár tartalmazza a kapszaicin detektálását végző fehérje genetikai kódját is. Hogy pontosan melyik génről lehet szó, annak felderítésére egyesével fejezték ki a géneket olyan tenyésztett sejteken, amelyek alapesetben nem reagálnak a kapszaicinre.
Alapos munkával végül sikerült megtalálniuk azt a gént, amely kapszaicin-érzékennyé teszi ezeket a sejteket. A további kísérletek pedig azt is feltárták, hogy a kérdéses gén egy korábban ismeretlen ioncsatorna-fehérjét kódol. A TRPV1 névre keresztelt fehérjéről ráadásul Julius röviddel később azt is igazolta, hogy a hőre is reagál, és olyankor aktiválódik, amikor fájdalmasnak érzékelünk egy külső hőmérsékletet.
A csatorna felfedezése jelentős áttörést hozott a területen, és rövidesen további hőreceptorokat azonosítottak. Julius és Patapoutian például egymástól függetlenül egyaránt mentolt használtak a TRPM8, egy hidegreceptor azonosítására. A kutatók munkájának köszönhetően egy sor olyan fehérje létezésére derült fény, amelyek különböző hőmérséklet-tartományú ingerekre reagálnak.
A mechanikai stimulusok kapcsán a szakértők már korábban azonosítottak mechanikai szenzorokat baktériumokban, de a gerincesek tapintásérzékelése sokáig rejtély maradt. Patapoutian a Scripps Intézet munkatársaként kezdte vizsgálni a kérdést. Ehhez először társaival azonosított egy sejtvonalat, amelynek tagjai mérhető elektromos jeleket bocsátottak ki, ha egy mikropipettával böködték őket. A kutatók feltételezték, hogy a mechanikai inger hatására egy ioncsatorna aktiválódik.
Ennek azonosítására 72 génjelöltet teszteltek egyesével, hogy megtalálják a mechanikai receptort kódoló DNS-szakaszt. Végül sikerült is azonosítaniuk a gént, amelyet blokkolva a kérdéses sejtvonal böködésre való érzékenysége megszűnt. Az újonnan felfedezett ioncsatorna a Piezo1 nevet kapta. Később egy másik hasonló receptorfehérjét is találtak, a Piezo2-t, amely nagy mennyiségben van jelen az érzékelésért felelős idegsejtekben. További vizsgálatok azt is megerősítették, hogy a két említett receptort közvetlenül a sejtmembránra kifejtett nyomás aktiválja.
Patapoutian és társai, illetve független kutatócsoportok ezekre az eredményekre alapozva igazolták, hogy a Piezo2 ioncsatorna kulcsszerepet játszik a tapintásérzékelésben, valamint a test pozíciójának és mozgásának nyomon követésében is. A nyomásérzékeny ioncsatornákról azóta az is kiderült, hogy olyan folyamatok szabályozásában is fontos feladatuk van, mint a vérnyomás, a légzés és a vizelet megtartása.
