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Premio Nobel de Medicina 2021: ¿Cómo percibimos la temperatura y el dolor?
Premio Nobel de Medicina 2021: ¿Cómo percibimos la temperatura y el dolor?
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Premio Nobel de Medicina 2021: ¿Cómo percibimos la temperatura y el dolor?
Interpretación del Premio Nobel: ¿Cómo percibimos la temperatura y el dolor? ¡Este artículo lo llevará a comprender los resultados del Premio Nobel de este año!
El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021 se anunció a las 5:30 pm del 4 de octubre, hora de Beijing. Este año hay dos ganadores. Son David Julius y el Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de California, San Francisco. Ardem Patapoutian del Centro de Investigación Scripps los premió por el descubrimiento de los receptores táctiles y de temperatura y su investigación sobre sus mecanismos internos.
Prefacio
Nuestra capacidad para percibir el calor, el frío y el tacto es esencial para sobrevivir y fortalece nuestra interacción con el mundo que nos rodea. En la vida diaria, damos por sentado estos sentimientos, pero ¿cómo se generan los impulsos nerviosos para que se puedan sentir la temperatura y la presión? El ganador del Premio Nobel de este año ha resuelto este problema.
David Julius usa capsaicina (un compuesto picante extraído de los pimientos que puede producir una sensación de ardor) para identificar los sensores en las terminaciones nerviosas de la piel que responden al calor; Ardem Patapoutian utiliza células sensibles a la presión para encontrar un nuevo tipo de sensor que responde a los estímulos mecánicos de los órganos internos.
Estos descubrimientos revolucionarios han llevado a intensos proyectos de investigación de seguimiento, que han llevado a un rápido aumento en nuestra comprensión de cómo el sistema nervioso percibe el calor, el frío y los estímulos mecánicos. Los dos ganadores señalaron que existe un eslabón perdido fundamental en nuestra comprensión de la compleja interacción entre los sentidos y el medio ambiente.
¿Cómo percibimos el mundo?
Uno de los mayores misterios a los que se enfrentan los seres humanos es cómo percibimos el medio ambiente. Durante miles de años, nuestros mecanismos sensoriales han estado estimulando nuestra curiosidad. Por ejemplo, cómo los ojos perciben la luz, cómo las ondas sonoras afectan nuestros oídos internos y cómo los diferentes compuestos interactúan con los receptores en nuestra nariz y boca para formar el olfato y el gusto.
También tenemos otras formas de percibir el mundo que nos rodea. Imagínese caminar descalzo por un césped en el caluroso verano. Puedes sentir el calor del sol, la caricia del viento y las briznas de hierba bajo tus pies. Estas impresiones de temperatura, tacto y movimiento son fundamentales para que nos adaptemos al entorno en constante cambio.
En el siglo XVII, el filósofo René Descartes imaginó las líneas que conectan diferentes partes de la piel con el cerebro. De esta manera, cuando el pie golpea una llama abierta, se envía una señal mecánica al cerebro. Descubrimientos posteriores revelaron la existencia de neuronas sensoriales especiales, que registran cambios en nuestro entorno.
Joseph Erlanger y Herbert Gasser ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1944 porque descubrieron que diferentes tipos de fibras nerviosas sensoriales pueden responder a diferentes estímulos. Por ejemplo, la respuesta al dolor y al tacto sin dolor. Desde entonces, se ha comprobado que las células nerviosas están altamente especializadas, se utilizan para detectar y transducir diferentes tipos de estímulos, y permiten una percepción sutil del entorno que nos rodea. Por ejemplo, tenemos la capacidad de sentir la diferencia en la textura de la superficie a través de las yemas de nuestros dedos; también podemos tener la capacidad de distinguir entre un calor agradable y un calor doloroso.
Antes de los descubrimientos de David Julius y Ardem Patapoutian, nuestra comprensión de cómo el sistema nervioso percibe e interpreta nuestro entorno todavía contenía una pregunta fundamentalmente sin resolver: ¿Cómo se transforman los estímulos mecánicos y de temperatura en señales de impulsos eléctricos en el sistema nervioso?
¡La ciencia se calienta!
A finales de la década de 1990, David Julius de la Universidad de California en San Francisco hizo un progreso significativo al analizar cómo el compuesto químico capsaicina nos hacía arder cuando estábamos en contacto con pimientos. Se sabe que la capsaicina puede activar las células nerviosas y causar dolor, pero la forma en que esta sustancia química ejerce esta función sigue siendo un misterio sin resolver.
Julius y sus colegas crearon una biblioteca de millones de fragmentos de ADN correspondientes a genes expresados en neuronas sensoriales que responden al dolor, el calor y el tacto. Julius y sus colegas especularon que el acervo genético debería contener un segmento de ADN que codifica una proteína que responde a la capsaicina.
Expresaron estos genes que normalmente no responden a la capsaicina en células cultivadas. Después de una ardua búsqueda, encontraron un gen que puede hacer que las células sean sensibles a la capsaicina, es decir, ¡se ha encontrado el gen sensible a la capsaicina!
Otros experimentos demostraron que el gen codifica una nueva proteína de canal iónico, y este receptor de capsaicina recién descubierto se denominó más tarde TRPV1. Cuando Julius estudió la capacidad de esta proteína para responder al calor, se dio cuenta de que había descubierto un tipo de termorreceptor, que se activaba a una temperatura que le producía dolor.
El descubrimiento de TRPV1 es un gran avance, liderando y desbloqueando el camino de otras investigaciones sobre receptores sensibles a la temperatura. David Julius y Ardem Patapoutian utilizaron de forma independiente el mentol químico para identificar TRPM8, un receptor que se ha demostrado que se activa con el frío.
También descubrimos canales iónicos relacionados con TRPV1 y TRPM8, y descubrimos que pueden activarse mediante un rango de temperaturas diferentes. Muchos laboratorios realizan investigaciones utilizando ratones manipulados genéticamente que carecen de estos genes recién descubiertos para estudiar el papel de estos canales en la sensación de calor.
David Julius descubrió que TRPV1 es un gran avance, nos permite comprender cómo las diferencias de temperatura inducen señales eléctricas en el sistema nervioso.
¡Investigación bajo presión!
Aunque el mecanismo de percepción de la temperatura se está desarrollando gradualmente, todavía no está claro cómo los estímulos mecánicos se traducen en nuestro sentido del tacto y la presión. Anteriormente, los investigadores encontraron sensores mecánicos en bacterias, pero en los vertebrados, el mecanismo subyacente del tacto sigue sin estar claro.
Ardem Patapoutian trabaja en el Centro de Investigación Scripps en La Jolla, California, y espera encontrar receptores esquivos activados por estimulación mecánica.
Patapoutian y sus colegas descubrieron por primera vez una línea celular que emite una señal eléctrica medible cuando un microtúbulo pincha una sola célula. Plantearon la hipótesis de que el receptor activado por fuerza mecánica era un canal de iones.
Posteriormente, seleccionaron e identificaron 72 genes candidatos que codifican posibles receptores. Al inactivar estos genes uno por uno, se descubrió el gen responsable de la sensibilidad a la fuerza en la célula en estudio.
Después de una ardua investigación, Patapoutian y sus colegas identificaron con éxito un gen cuyo silencio hace que las células sean insensibles a la presión de los microtúbulos. La gente descubrió un canal de iones sensible a la fuerza completamente nuevo y completamente desconocido y lo llamó Piezo1, que se deriva de la palabra presión en griego.
Al comparar la similitud con Piezo1, las personas descubrieron el segundo gen y lo llamaron Piezo2. Se encontró que las neuronas sensoriales expresaban altos niveles de Piezo2. Investigaciones posteriores determinaron que Piezo1 y Piezo2 son canales iónicos que se activan directamente al aplicar presión a la membrana celular.
El avance de Patapoutian lo llevó a él y a otros equipos a publicar una serie de artículos que demuestran que el canal iónico Piezo2 es esencial para el sentido del tacto.
Además, se ha demostrado que Piezo1 desempeña un papel clave en la percepción importante de la posición y el movimiento del cuerpo, a saber, la propiocepción. En investigaciones posteriores, se ha demostrado que los canales Piezo1 y Piezo2 regulan otros procesos fisiológicos importantes, como la presión arterial, la respiración y el control de la vejiga.
¡Todo tiene sentido!
Los grandes descubrimientos de los ganadores del Premio Nobel de este año en TRPV1, TRPM8 y canales piezoeléctricos nos han dado una comprensión de cómo el calor, el frío y las fuerzas mecánicas desencadenan los impulsos nerviosos, permitiéndonos percibir y adaptarnos al mundo que nos rodea.
La vía TRP es el núcleo de nuestra capacidad para percibir la temperatura; la vía Piezo2 nos da la capacidad de sentir el tacto y percibir la posición y el movimiento de las partes del cuerpo.
Las vías TRP y Piezo también contribuyen a muchas funciones fisiológicas adicionales, que dependen de la detección de temperatura o estímulos mecánicos.
La investigación en profundidad sobre los descubrimientos del Premio Nobel de este año se centró en dilucidar sus funciones en varios procesos fisiológicos, y este conocimiento se está utilizando para desarrollar tratamientos para diversas enfermedades, incluido el dolor crónico.
Introducción de ganadores
David Julius: Nació en Nueva York, Estados Unidos en 1955. En 1984, recibió su Ph.D. de la Universidad de California, Berkeley , y fue becario postdoctoral en la Universidad de Columbia en Nueva York. David Julius se unió a la Universidad de California en San Francisco en 1989 y ahora es profesor allí.
Ardem Patapoutian: Nació en Beirut, Líbano en 1967. Cuando era joven, se mudó de Beirut devastada por la guerra a Los Ángeles, y en 1996 recibió un doctorado del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. Es investigador postdoctoral en la Universidad de California, San Francisco. Desde 2000, ha trabajado en el Centro de Investigación Scripps, donde ahora es profesor. Desde 2014, ha sido investigador en el Instituto Médico Howard Hughes.
Artículos clave premiados:
1. Caterina MJ, Schumacher MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. El receptor de capsaicina: un canal iónico activado por calor en la vía del dolor. Nature 1997: 389: 816-824.
2. Tominaga M, Caterina MJ, Malmberg AB, Rosen TA, Gilbert H, Skinner K, Raumann BE, Basbaum AI, Julius D. El receptor de capsaicina clonado integra múltiples estímulos que producen dolor. Neuron 1998: 21: 531-543.
3. Caterina MJ, Leffler A, Malmberg AB, Martin WJ, Trafton J, Petersen-Zeitz KR, Koltzenburg M, Basbaum AI, Julius D. Nocicepción alterada y sensación de dolor en ratones que carecen del receptor de capsaicina. Ciencia 2000: 288: 306- 313
4. McKemy DD, Neuhausser WM, Julius D. La identificación de un receptor frío revela un papel general de los canales TRP en la termosensibilidad. Naturaleza 2002: 416: 52-58
5. Peier AM, Moqrich A, Hergarden AC, Reeve AJ, Andersson DA, Story GM, Earley TJ, Dragoni I, McIntyre P, Bevan S, Patapoutian A. Un canal TRP que detecta estímulos fríos y mentol. Móvil 2002: 108: 705-715
6. Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 y Piezo2 son componentes esenciales de distintos canales catiónicos activados mecánicamente. Ciencia 2010: 330: 55-60
7. Ranade SS, Woo SH, Dubin AE, Moshourab RA, Wetzel C, Petrus M, Mathur J, Bégay V, Coste B, Mainquist J, Wilson AJ, Francisco AG, Reddy K, Qiu Z, Wood JN, Lewin GR, Patapoutian A. Piezo2 es el principal transductor de fuerzas mecánicas para la sensación táctil en ratones. Naturaleza 2014: 516: 121-125
8. Woo SH, Lukacs V, de Nooij JC, Zaytseva D, Criddle CR, Francisco A, Jessell TM, Wilkinson KA, Patapoutian A. Piezo2 es el principal canal de meconotransducción para la propiocepción. Nature Neuroscience 2015: 18: 1756-1762
(fuente: internet, solo referencia)
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