Одна из великих загадок, с которой сталкивается человечество, — это вопрос о том, как мы ощущаем окружающую среду. Механизмы, лежащие в основе наших чувств, всегда вызывали у нас любопытство, например, как свет воспринимается глазами, как звуковые волны влияют на наше внутреннее ухо и как различные химические соединения взаимодействуют с рецепторами в нашем носу и рту, генерируя запах и вкус. Но у нас есть и другие способы восприятия окружающего мира. Например, способность ощущать тепло, холод и прикосновения необходима нам для выживания. В повседневной жизни мы принимаем эти ощущения как должное, но как возбуждаются нервные импульсы, чтобы мы чувствовали температуру и давление? Ответ на этот вопрос дали лауреаты Нобелевской премии этого года.
Ученые уже давно знали о существовании специализированных сенсорных нейронов, которые регистрируют изменения в окружающей среде. Джозеф Эрлангер и Герберт Гассер получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1944 году за открытие различных типов сенсорных нервных волокон, которые реагируют на различные раздражители.
Однако до открытий Дэвида Джулиуса и Ардема Патапутиана наше понимание того, как нервная система воспринимает и интерпретирует окружающую среду, все еще содержало фундаментальный нерешенный вопрос: как температура и механические стимулы преобразуются в электрические импульсы в нервной системе?
Во второй половине 1990-х годов Дэвид Джулиус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (США) проанализировал, как химическое соединение капсаицин вызывает ощущение жжения, которое мы испытываем при контакте с перцем чили.
Уже было известно, что капсаицин активирует нервные клетки, вызывая болевые ощущения, но Джулиус и его сотрудники обнаружили ген, способный сделать клетки чувствительными к капсаицину, а также рецептор капсаицина, который позже был назван TRPV1. Исследуя способность этого рецептора реагировать на тепло, ученые установили, что он активируется при температурах, воспринимаемых как болезненные.
Позднее они использовали ментол для идентификации TRPM8 — рецептора, который активируется холодом. Также были найдены дополнительные ионные каналы, связанные с TRPV1 и TRPM8, которые активируются в диапазоне различных температур.
Открытие Джулиуса стало крупным прорывом, позволившим нам понять, как разница в температуре может вызывать электрические сигналы в нервной системе. Но пока ученые раскрывали механизмы температурных ощущений, оставалось неясным, как механические стимулы могут быть преобразованы в наши ощущения прикосновения и давления.
Ранее исследователи обнаружили механические сенсоры у бактерий, а механизмы, лежащие в основе прикосновения у позвоночных удалось обнаружить Ардему Патапутяну работающий в Scripps Research в Ла-Хойя (США).
Патапутиан и его сотрудники впервые определили линию клеток, которая испускала измеримый электрический сигнал, при механическом давлении. После напряженных поисков Патапутиану и его сотрудникам удалось идентифицировать единственный ген, отвечающий за эту способность, а также два новых и совершенно неизвестных механочувствительных ионных канала, получивший название Piezo1 и Piezo2 от греческого слова, обозначающего давление. В дальнейшей работе ученых было показано, что эти каналы необходимы для осязания и восприятия положения и движения тела (проприоцепции), а также регулировки важных физиологических процессов, включая артериальное давление, дыхание и контроль мочевого пузыря.
Революционные открытия каналов TRPV1, TRPM8 и Piezo лауреатами Нобелевской премии этого года позволили нам понять, как тепло, холод и механическая сила могут инициировать нервные импульсы, которые позволяют нам воспринимать окружающий мир и адаптироваться к нему. Сегодня эти знания используются для разработки методов лечения широкого спектра заболеваний.
«Это действительно открывает одну из тайн природы», — сказал генеральный секретарь Нобелевского комитета Томас Перлманн, объявляя победителей. «На самом деле это то, что имеет решающее значение для нашего выживания, поэтому это очень важное и глубокое открытие».
Источник: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/
