Nobelovská komise v pondělí udělila letošní ocenění za fyziologii a medicínu. Cenu si tentokrát rozdělili napůl dva vědci. Oba zkoumali vnímání tepla a tlaku lidským nervovým systémem. Nervové buňky se dorozumívají pomocí elektrických impulzů. Vědcům ale dlouho vrtalo hlavou, jak lidské tělo na tyto signály převádí mechanické a tepelné podněty. Bylo jasné, že musí jít o nějaký jev na úrovni buňky. Julius a Patapoutian prokázali nezávisle na sobě, že v obou případech sehrávají klíčovou roli komplikované molekuly ukotvené v buněčné membráně.
David Julius studoval na konci 90. let minulého století účinky kapsaicinu. Je to chemikálie způsobující pálivou chuť papriky. Fyziologové už nějakou dobu věděli, že kapsaicin dokáže přinutit nervová zakončení v těle, aby vyslala do mozku stejný druh signálu, jako když vnímají bolest. Nebylo ale jasné, jak to kapsaicin přesně dělá.
Na tepelný receptor ukázala pálivá paprika
Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství dostali objevitelé senzorických receptorů teploty a tlaku |
Julius a jeho spolupracovníci vytvořili velkou databázi genů, které jsou aktivní v nervových buňkách zodpovědných za vnímání bolesti. Jednotlivé geny pak vkládali do kultury lidských buněk rostoucích v laboratoři na Petriho miskách. Hledali úsek DNA, který způsobí, že se buňka stane citlivou vůči kapsaicinu. Po mnoha pokusech se jim ho podařilo najít. Identifikovali i protein, který buňka podle genu vytváří. Dnes se mu říká TRPV1 nebo jednoduše kapsaicinový receptor.
Receptory jsou jakési antény, obvykle umístěné na povrchu buňky. Slouží jí k vnímání podnětů z vnějšího prostředí. Receptor TRPV1 patří navíc mezi takzvané iontové kanály. Jsou to proteiny vedoucí skrz buněčnou membránu podobně jako brčko. Dokáží propouštět ven nebo dovnitř buňky ionty, které jinak přes membránu neprojdou.
Julius a jeho tým záhy zjistili, že TRPV1 reaguje kromě domnělého pálení způsobeného kapsaicinem i na skutečné změny teploty. Později identifikovali podobný receptor TRPM8, který se aktivuje v nízkých teplotách. A podobně jako na TRPV1 i na něj působí chemický podnět, který sám o sobě studený není. Je to oblíbená příměs zubních past, žvýkaček, bonbónů a ledasčeho dalšího: menthol. Další podobný receptor, který popsala Juliusova skupina, reaguje na hořčičný olej.
Profesor Ardem Patapoutian.
Zejména objev receptoru TRPV1 má velký praktický význam. Je to totiž dobrý cíl pro léky proti bolesti. Uplatňují se například u pacientů trpících roztroušenou sklerózou, lidí po amputacích, podstupujících chemoterapii nebo při léčbě onemocnění zánětlivé povahy, jako je artróza.
Velmi podobná záhada jako vnímání tepla bylo i vnímání tlaku. Neurologové věděli, jak se signály o tlakových vjemech přenáší v nervové soustavě. Jak ale vzniká samotný vjem, neměli dlouho tušení. Rozluštil to až Ardem Patapoutian se svými spolupracovníky.
Vnímání tlaku i polohy
První krok jejich výzkumu byl najít buněčnou linii, která měla neobvyklou vlastnost. Když jste do buňky z této linie šťouchli mikropipetou, vydala měřitelný elektrický signál. Biologové předpokládali, že signál musí nejspíš spouštět nějaký druh iontového kanálu.
Měl by se otvírat nebo zavírat vlivem smáčknutí buněčné membrány. Vědci našli v buňce 72 genů, které obsahovaly plány na výrobu nějakého iontového kanálu. Postupně je jeden po druhém vyřazovali z provozu. Nakonec se na ně usmálo štěstí. Našli gen, po jehož deaktivaci přestaly buňky na šťouchnutí reagovat.
Bílkovinu, která podle plánu zapsaného v genu vzniká, pojmenovali PIEZO1. Brzy na to našli další, velmi podobný protein, jemuž dali jméno PIEZO2. V současnosti se předpokládá, že obě molekuly mají strukturu podobnou trojlisté lodní vrtuli. Kromě hmatu se podílí i na tzv. propriocepci, což je schopnost našeho nervového systému vnímat pohyb a vzájemnou polohu jednotlivých částí těla.
Jak fungují lidské smysly, zajímá vědce snad odjakživa. O propojení kůže s mozkem spekuloval už v 17. století objevitel analytické geometrie René Descartes. V roce 1944 získali Nobelovu cenu Joseph Erlanger a Herbert Gasser za objev nervových vláken vedoucích odlišné druhy podnětů. Patapoutian a Julius tak doplnili další kousek skládačky.
