Nobel 2021: investigar con guindillas

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Capsicum annuum L.  (1887) Lámina del libro de  Hermann Adolph Koeler ed. Gustav Pabst, 1887

A pesar de todos los pronósticos, el premio Nobel de Medicina y Fisiología de 2021 no se otorgó a ninguna investigación sobre vacunas ARN o sobre otros aspectos relacionados con la pandemia de Covid-19. Con cierta sorpresa, los galardonados fueron esta vez dos científicos americanos David Julius y Ardem Patapoutian, por sus descubrimientos sobre los receptores cutáneos de presión y temperatura.

David Julius y Ardem Patapoutian
(Premio Nobel 2021 de Medicina y Fisiología)

Las sensaciones del exterior son percibidas en el cerebro. Pero como se trasladan desde el contacto con la piel de una parte del cuerpo a las neuronas cerebrales ha sido motivo de estudio desde hace ya mucho tiempo. Tal vez fue Descartes, en el s. XVII quien tuvo la primera intuición de la existencia de terminaciones nerviosas que relacionaban la piel y el cerebro. Mucho más tarde, en 1944 Joseph Erlanger y Herbert Gasser recibieron ya un premio Nobel por su descripción de diversas fibras nerviosas sensoriales. Pero quedaba en pie una cuestión: como la temperatura y los estímulos mecánicos se convierten en impulsos eléctricos en el sistema nervioso. La respuesta a este problema la han proporcionado las investigaciones de David Julius y Ardem Patapoutian. 

David Julius (1955) es profesor de fisiología en la universidad de California (San Francisco). La línea de investigación que siguió su equipo fue a partir de la guindilla picante (Capsicum annuum). La sensación picante que se experimenta al comer uno de estos pimientos rojos es debida a una molécula especial: la capsaicina.  Y es una sensación parecida a la quemazón, al aumento de temperatura. 

El equipo de Julius quería encontrar la proteína receptora que hacía que algunas neuronas enviaran señales eléctricas cuando contactaban con la capsaicina. Para ello seleccionaron neuronas que no respondían a la capsaicina y les fueron añadiendo diferentes genes que tenían las que sí reaccionaban. Así llegaron a encontrar uno que transformaba las neuronas no-sensibles en neuronas sensibles.  Era el gen del receptor y le dieron el nombre de TRPV1.

Mientras realizaban pacientemente su pesquisa se dieron cuenta que simplemente aumentando la temperatura también conseguían activarlo. Lo hacía a partir de los 40ºC, y efectivamente, al tocar algún objeto con esta temperatura  percibimos que está demasiado caliente.   

Como ya tenían el experimento en marcha, se plantearon que pasaría si las condiciones fueran las contrarias. Si la capsaicina nos produce sensación de calor porque activa el receptor de temperatura, valía la pena plantearse si había otros receptores que activaran la sensación de frío. Y para ello usaron otra substancia que nos produce esta sensación: el mentol. Así llegaron a identificar el receptor del frío, TRPM8, que se activa por el mentol y por las bajas temperaturas. Así, si notamos frío o calor es porque se activan los receptores descubiertos por David Julius. 

Los descubrimientos de Julius tienen importancia para encontrar nuevos caminos en la analgesia y en el tratamiento de ciertos tumores. 

Modulación mecánica y farmacológica de los canales iónicos de Piezo1

Pero quedaba todavía la cuestión de como se percibe el tacto y la presión. Otro investigador, Ardem Patapoutian, nacido en el Líbano en 1967, nacionalizado norteamericano e investigador en Scripps Research (La Jolla, California) intentó solucionar esta pregunta. En este caso, encontró unas neuronas que enviaban señales eléctricas al presionarlas con una punta de pipeta. Era un estímulo mecánico que modifica la membrana de la célula y hace que una proteína, generalmente cerrada, abra una rendija por la que pueden pasar iones. Así se llegó a descubrir un canal iónico mecanosensible totalmente desconocido hasta ahora responsable de la señal desencadenante del estímulo eléctrico. En este caso, pusieron al receptor el nombre de Piezo1 (por similitud a la palabra griega Πίεση, píesi, que quiere decir presión). Después identificaron un segundo receptor, Piezo2. Gracias a estos receptores notamos si nos tocan, nos pisan o nos abrazan. Y también somos conscientes de la postura del cuerpo, si tenemos sensación de repleción después de una buena comida o si tenemos ganas de orinar.  

 

Nobel 2021: Investigar amb bitxo picant

Capsicum annuum L.  (1887) Làmina del llibre de  Hermann Adolph Koeler Ed. Gustav Pabst, 1887

Malgrat tots els pronòstics, el premi Nobel de Medicina i Fisiologia de 2021 no es va atorgar a cap investigació sobre vacunes ARN o sobre altres aspectes relacionats amb la pandèmia de Covid-19. Amb certa sorpresa, aquesta vegada els guardonats van ser dos científics americans David Julius i Ardem Patapoutian, pels seus descobriments sobre els receptors cutanis de pressió i temperatura. 

David Julius i Ardem Patapoutian 
(Premi Nobel 2021 de Medicina i Fisiología)

Les sensacions de l'exterior són percebudes en el cervell. Com es traslladen des del contacte amb la pell d'una part del cos a les neurones cerebrals ha estat motiu d'estudi des de fa ja molt de temps. Potser va ser Descartes, al s. XVII qui va tenir la primera intuïció de l'existència de terminacions nervioses que relacionaven la pell i el cervell. Molt més tard, el 1944, Joseph Erlanger i Herbert Gasser ja van rebre un premi Nobel per la seva descripció de diverses fibres nervioses sensorials. Però quedava en peu una qüestió: com la temperatura i els estímuls mecànics es converteixen en impulsos elèctrics en el sistema nerviós. La resposta a aquest problema l'han proporcionat les investigacions de David Julius i Ardem Patapoutian.

David Julius (1955) és professor de fisiologia a la universitat de Califòrnia (San Francisco). La línia d'investigació que va seguir el seu equip va ser a partir del bitxo picant (Capsicum annuum). La sensació picant que s'experimenta al menjar un d'aquests pebrots vermells és deguda a una molècula especial: la capsaïcina. I és una sensació semblant a la cremor, a l'augment de temperatura.

L'equip de Julius volia trobar la proteïna receptora que fa que algunes neurones enviïn senyals elèctrics quan contacten amb la capsaïcina. Per això van seleccionar neurones que no responien a la capsaïcina i hi van anar afegint diferents gens que tenien les que sí que reaccionaven. Així van arribar a trobar-ne un que transformava les neurones no-sensibles en neurones sensibles. Era el gen del receptor i li van donar el nom de TRPV1. Mentre realitzaven pacientment la seva perquisició es van adonar que simplement augmentant la temperatura també aconseguien activar-lo. Ho feia a partir de 40ºC, i efectivament, al tocar algun objecte a aquesta temperatura percebem que està massa calent.

Com que ja tenien l'experiment en marxa, es van plantejar què passaria si les condicions fossin les contràries. Si la capsaïcina ens produeix sensació de calor perquè activa el receptor de temperatura, valia la pena plantejar-se si hi havia altres receptors que activessin la sensació de fred. I per això van utilitzar una altra substància que ens produeix aquesta sensació: el mentol. Així van arribar a identificar el receptor del fred, TRPM8, que s'activa pel mentol i per les baixes temperatures. Així, quan notem fred o calor és perquè s'activen els receptors descoberts per David Julius.

Els descobriments de Julius tenen importància per trobar nous camins en l'analgèsia i en el tractament de determinats tumors.

Modulació mecànica i farmacològica dels canals iònics de Piezo1

Però encara quedava la qüestió de com es percep el tacte i la pressió. Un altre investigador, Ardem Patapoutian, nascut al Líban el 1967, nacionalitzat nord-americà i investigador a Scripps Research (La Jolla, Califòrnia) va intentar solucionar aquesta pregunta. En aquest cas, va trobar unes neurones que enviaven senyals elèctrics al pressionar amb una punta de pipeta. Era un estímul mecànic que modifica la membrana de la cèl·lula i fa que una proteïna, generalment tancada, obri una escletxa per la qual poden passar ions. Així es va arribar a descobrir un canal iònic mecanosensible totalment desconegut fins ara, responsable del senyal desencadenant de l'estímul elèctric. En aquest cas, van anomenar al receptor Piezo1 (per similitud a la paraula grega Πίεση, píesi, que vol dir pressió). Després van identificar un segon receptor, Piezo2. Gràcies a aquests receptors notem si ens toquen, ens trepitgen o ens abracen. I també som conscients de la postura del cos, de si tenim sensació de repleció després d'un bon àpat o si tenim ganes d'orinar.