Завдяки Девіду Джуліусу і Ардему Патапутяну ми дізналися, як відчуваємо тепло і обійми.
Навряд чи потрібно зайвий раз пояснювати, яку роль органи почуттів відіграють у нашому житті. Проблемою сприйняття навколишнього світу з давніх пір займалися кращі уми людства, причому починалося все з філософів, а потім до цього підключилася і наука. Очевидно, що для різних відчуттів у нас є різні канали передачі. Але із зором, нюхом, слухом і смаком справи йдуть ніби простіше - у нас є очі, вуха, мова і ніс. А як бути, наприклад, з відчуттям температури? Або механічними відчуттями тертя, погладжування, тиску тощо? Для них і органів почуттів-то немає, температуру і тиск ми відчуваємо всією шкірою, і не тільки шкірою, але і внутрішніми органами.
Досить давно нейробіологи з'ясували, що для стимулів різної інтенсивності є різні нерви, наприклад, що на звичайний дотик і на біль від удару реагують різні нервові волокна. За це відкриття в 1944 році була присуджена Нобелівська премія з фізіології або медицини. Але залишалося питання, як саме нерви сприймають такі стимули, або, іншими словами, як стимул - тиск, удар, зміна температури - перетворюється на електрохімічний нервовий імпульс.
Один з нових лауреатів Нобелівської премії Девід Джуліус (David Julius) відповів на це питання для температурних стимулів. У другій половині 90-х років йому і його колегам у Каліфорнійському університеті в Сан-Франциско прийшла в голову думка, що механізм температурного почуття можна дослідити за допомогою капсаїцину - пекучого рослинного алкалоїду, який міститься, наприклад, у перці чилі. У нейронах, які передають сигнали болю, сигнали підвищеної температури і сигнали механічного тиску, синтезується безліч білків, чия ДНК відома. І ось дослідники пересаджували цю ДНК з сенсорних нейронів в інші клітини, які ні біль, ні температуру, ні дотику не відчувають. І далі такі модифіковані клітини обробляли капсаїцином.
Ардем Патапутян (зліва) і Девід Джуліус (справа). (Фото: The Kavli Prize)
У підсумку вдалося виявити рецепторний білок TRPV1. Він реагує на капсаїцин і на дуже високу температуру, коли ми вже починаємо відчувати біль. TRPV1 - іонний канал, який сидить у мембрані сенсорного нейрона і відкривається під дією температури. Через відкритий канал іони перегруповуються між зовнішньою стороною і внутрішньою стороною мембрани - так виникає електрохімічний імпульс, який біжить по нервах в мозок.
TRPV1 - не єдиний температурний рецептор. Для інших температур є свої рецепторні білки. Наприклад, рецептор TRPM2 працює в діапазоні від 33 до 38 ° С, а TRPM8 включається, коли температура падає нижче 26 ° С. До речі, TRPM8 незалежно один від одного відкрили Девід Джуліус і другий нинішній лауреат Ардем Патапутян (Ardem Patapoutian). (До речі, TRPM8 знайшли за допомогою «холодного» ментолу - як TRPV1 відкрили за допомогою «гарячого» капсаїцину.) Але свою половину премії Ардем Патапутян отримав не стільки за холодовий TRPM8, скільки за рецептори механічного тиску. Він і його колеги з Інституту Скриппса наприкінці 2000-х експериментували з сенсорними нейронами, які реагували на дотики: на клітини надавали мікропіпеткою, і клітини відгукувалися електричним сигналом. Генів, які могли б кодувати потрібний рецепторний білок, нарахували аж 72. По черзі відключаючи їх у клітинах, дослідники знайшли ті, які дійсно кодують механосенсорні білки - це були гени Piezo1 і Piezo2.
Зрозуміло, як би ми відчували себе без температурної чутливості - ми б просто не вижили, не вміючи відчути небезпечний холод або вчасно сховатися від спеки; і це ми ще не говоримо про імунологічні процеси, коли температура тіла підвищується або знижується в залежності від інтенсивності запалення. Те ж саме можна сказати про рецептори Piezo. З їх допомогою ми в прямому сенсі відчуваємо землю під ногами, ложку в руці, обійми і поцілунки - але також і тиск сечі в сечовому міхурі, положення тіла в просторі (тут особливо важливий рецептор Piezo2), а наш організм за допомогою Piezo стежить за кров'яним тиском і диханням. Як зазвичай, «нобелівські» відкриття в медицині та біології повідомляють нам не тільки щось нове про фундаментальні процеси в живій природі, а й мають цілком практичний вимір: знаючи, як працюють температурні та механосенсорні рецептори, ми можемо краще зрозуміти механізм безлічі захворювань.
За матеріалами Нобелівського комітету