David Julius y Ardem Patapoutian
El Premio Nobel de Medicina 2021 ha sido otorgado a David Julius y Ardem Patapoutian por su descubrimiento de los receptores de temperatura y tacto en el cuerpo.
David Julius, bioquímico, originario de Estados Unidos, es actualmente profesor e investigador de la Universidad de California en San Francisco.
Es considerado como el pionero en el análisis molecular de los nociceptores, los receptores que responden a estímulos nocivos.
Con su trabajo logró encontrar unas proteínas que son receptores que permiten que podamos sentir toda una gama de temperaturas desde la caliente a través de un receptor que llamaron TRPV1 o incluso frías a través de TRPM8.
Ha sido galardonado en distintas ocasiones, el más reciente, fue el premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Biología y Biomedicina.
Ardem Patapoutian, biólogo molecular nacido en Líbano, emigrante a Estados Unidos, actualmente es profesor e investigador de Scripps Research en La Jolla, California.
Se destaca por sus múltiples publicaciones y artículos. Se ha enfocado en la investigación en torno al sentido del tacto, para conocer cómo se perciben los estímulos físicos.
Encontró el mecanismo a través del cual el organismo es capaz de sentir, detectar movimiento o posición. Encontró unos receptores que llamó PIEZ01 y PIEZ02, receptores que nos hacen capaces de sentir un abrazo, un apretón de manos. Es importante no solamente sentir, sino conocer cómo funciona esto que se percibe en la vida diaria.
Al igual que Julius, fue galardonado con el premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Biología y Biomedicina 2020.
Los descubrimientos revolucionarios realizados por los ganadores del Premio Nobel de este año, han permitido comprender cómo el calor, el frío y las fuerzas mecánicas desencadenan los impulsos nerviosos que permiten percibir y adaptarnos al mundo que nos rodea. El conocimiento se utiliza para desarrollar terapias para varias enfermedades, incluido el dolor crónico.¹
Julius usó capsaicina, compuesto activo de los chiles (pimientos) picantes que causa una sensación de ardor, para identificar un sensor en las terminaciones nerviosas de la piel que responde al calor.
Patapoutian utilizó células sensibles a la presión para descubrir una nueva clase de sensores que responden a estímulos mecánicos en la piel y los órganos internos.
En la segunda mitad de la década de 1990, Julius vio la oportunidad de grandes avances, gracias a la biología molecular. Trabajó con capsaicina, un compuesto químico elaborado a partir de chiles que provoca sensaciones de ardor en la piel. Ya se sabía que la capsaicina activa las células nerviosas que desencadenan sensaciones de dolor. Pero los investigadores no sabían en qué mecanismos se basa el proceso.
Julius y sus compañeros de trabajo crearon una biblioteca de millones de fragmentos de ADN. Su colección contenía todos los genes que se expresan en neuronas sensoriales. El equipo formuló la hipótesis de que debe contener un fragmento de ADN cuya proteína asociada reacciona a la capsaicina.
Posteriormente, los investigadores expresaron genes individuales de su colección en cultivos celulares. Después de una búsqueda minuciosa, encontraron un gen que hace que las células sean sensibles a la capsaicina. Otros experimentos demostraron que este gen codifica una nueva proteína de canal iónico. El receptor de capsaicina se denominó más tarde TRPV1 (potencial de receptor transitorio vanilloide 1).
Cuando Julius examinó la capacidad de la proteína para responder al calor, se dio cuenta de que había descubierto un receptor de calor que se activa a temperaturas que nos resultan dolorosas.
El descubrimiento de TRPV1 fue un avance decisivo que allanó el camino para la decodificación de más receptores sensibles a la temperatura.
Independientemente el uno del otro, Julius y Patapoutian usaron el mentol químico para identificar TRPM8 (miembro 8 de la subfamilia M del canal catiónico potencial del receptor transitorio), un receptor que se ha demostrado que se activa con el frío.
Los investigadores encontraron más canales iónicos relacionados con TRPV1 y TRPM8. Se demostró que los canales se activan con diferentes temperaturas. Muchos laboratorios llevaron a cabo programas de investigación para investigar el papel de estos canales en la sensación de calor mediante el uso de ratones transgénicos que carecían de estos genes recién descubiertos. El descubrimiento de Julius de TRPV1 fue el gran avance que permitió comprender cómo las diferencias de temperatura pueden desencadenar señales eléctricas en el sistema nervioso.
Sin embargo, la forma en que la piel percibe la presión permaneció abierta. Patapoutian y sus colegas identificaron por primera vez una línea celular que emitía una señal eléctrica medible cuando se perforaban células individuales con una micropipeta. Los investigadores asumieron que un canal de iones especial es responsable de esto.
En el siguiente paso, el equipo pudo identificar 72 genes candidatos que codifican un posible receptor. Estos genes se inactivaron uno tras otro para encontrar el gen responsable de la mecanosensibilidad. Después de una larga búsqueda, el equipo de Patapoutian logró encontrar un solo gen, cuya desactivación hizo que las células se volvieran insensibles al impacto con la micropipeta. Se había descubierto un canal de iones mecanosensibles nuevo y completamente desconocido y se le dio el nombre de PIEZO1, de la palabra griega para presión.
Debido a su similitud con PIEZO1, se descubrió un segundo gen y se denominó PIEZO2. Las neuronas sensoriales expresan PIEZO2 en un alto grado. Otros estudios han demostrado que PIEZO1 y PIEZO2 son canales iónicos que se activan directamente por la presión sobre la membrana celular.
El trabajo preliminar de Patapoutian dio lugar a otras publicaciones en todo el mundo. Resultó que PIEZO2 no solo es responsable del sentido del tacto. Este canal iónico también juega un papel clave en la percepción de la posición y el movimiento del cuerpo, conocido como propiocepción. Pronto quedó claro que los canales PIEZO1 y PIEZO2 regulan otros procesos fisiológicos importantes, como la presión arterial, la respiración y el control de la vejiga.
Los descubrimientos de los canales TRPV1, TRPM8 y PIEZO por los ganadores del Premio Nobel de este año, han permitido comprender cómo el calor, el frío y las fuerzas mecánicas pueden desencadenar impulsos nerviosos que nos permiten percibir el mundo que nos rodea y adaptarnos a él.
El conocimiento se utiliza para desarrollar tratamientos para una variedad de enfermedades, incluido el dolor crónico. La capsaicina en preparaciones tópicas, por ejemplo, hace que la piel y las membranas mucosas sean menos sensibles al dolor. La molécula también reduce el dolor crónico de causas neuropáticas y musculares.
Referencia
1. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. The Novel Assembly at Karolinska Institutet. Publicado el 4 de octubre de 2021. Consultado en versión electrónica. Fuente