No final da década de 1990, David Julius, da University of California, São Francisco, EUA, viu a possibilidade de grandes avanços ao analisar como o composto químico capsaicina causa a sensação de queimação que sentimos quando entramos em contato com a pimenta malagueta. Já se sabia que a capsaicina ativava células nervosas causando sensações de dor, mas como essa substância química realmente exercia essa função era um enigma não resolvido.
Julius e seus colegas de trabalho criaram uma biblioteca de milhões de fragmentos de DNA correspondentes a genes que são expressos nos neurônios sensoriais que podem reagir à dor, calor e toque. Eles levantaram a hipótese de que a biblioteca incluiria um fragmento de DNA que codifica a proteína capaz de reagir à capsaicina e que os genes individuais desta coleção em células de cultura que normalmente não reagem à capsaicina. Após uma busca trabalhosa, foi identificado um único gene capaz de tornar as células sensíveis à capsaicina (Figura 1). O gene para detecção de capsaicina havia sido encontrado.
Outros experimentos revelaram que o gene identificado codifica uma nova proteína de canal iônico e esse receptor de capsaicina recém-descoberto foi mais tarde denominado TRPV1. Quando Julius investigou a capacidade da proteína de responder ao calor, ele percebeu que havia descoberto um sensor de calor que é ativado em temperaturas percebidas como dolorosas (Figura 1).
Figura 1: David Julius usou capsaicina de pimenta para identificar TRPV1, um canal iônico ativado por calor doloroso. Canais iônicos adicionais relacionados foram identificados e agora entendemos como diferentes temperaturas podem induzir sinais elétricos no sistema nervoso. Fonte: Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021.
A descoberta do TRPV1 foi um grande avanço, abrindo caminho para a descoberta de outros receptores sensores de temperatura. Independentemente um do outro, David Julius e Ardem Patapoutian usaram a substância química mentol para identificar o TRPM8, um receptor que se mostrou ativado pelo frio.
Canais de íons adicionais relacionados a TRPV1 e TRPM8 foram identificados e ativados por uma gama de temperaturas diferentes. Muitos laboratórios buscaram programas de pesquisa para investigar os papéis desses canais na sensação térmica usando camundongos geneticamente manipulados que não tinham esses genes recém-descobertos.
A descoberta do TRPV1 por David Julius foi a descoberta que nos permitiu entender como as diferenças de temperatura podem induzir sinais elétricos no sistema nervoso.
Enquanto os mecanismos para a sensação de temperatura estavam se desenvolvendo, não estava claro como os estímulos mecânicos poderiam ser convertidos em nossos sentidos de toque e pressão. Os pesquisadores já haviam encontrado sensores mecânicos em bactérias, mas os mecanismos subjacentes ao toque em vertebrados permaneciam desconhecidos. Ardem Patapoutian, trabalhando na Scripps Research em La Jolla, Califórnia, EUA, desejava identificar os receptores elusivos que são ativados por estímulos mecânicos.
Patapoutian e seus colaboradores identificaram pela primeira vez uma linha celular que emitia um sinal elétrico mensurável quando células individuais eram cutucadas com uma micropipeta. Foi assumido que o receptor ativado por força mecânica é um canal iônico e em uma próxima etapa foram identificados 72 genes candidatos que codificam possíveis receptores. Esses genes foram inativados um a um para descobrir o gene responsável pela mecanossensibilidade nas células estudadas.
Depois de uma busca árdua, Patapoutian e seus colegas de trabalho conseguiram identificar um único gene cujo silenciamento tornava as células insensíveis a cutucar com a micropipeta. Um canal iônico sensível à mecânica novo e totalmente desconhecido foi descoberto e recebeu o nome de Piezo1, por causa da palavra grega para pressão (í; píesi).
Por sua semelhança com Piezo1, um segundo gene foi descoberto e denominado Piezo2. Descobriu-se que neurônios sensoriais expressam altos níveis de Piezo2 e estudos posteriores estabeleceram firmemente que Piezo1 e Piezo2 são canais iônicos que são ativados diretamente pelo exercício de pressão nas membranas celulares.
Figura 2: As descobertas seminais dos ganhadores do Prêmio Nobel deste ano explicaram como o calor, o frio e o toque podem iniciar sinais em nosso sistema nervoso. Os canais iônicos identificados são importantes para muitos processos fisiológicos e condições de doença. Fonte: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021.
As descobertas inovadoras dos canais TRPV1, TRPM8 e Piezo pelos ganhadores do Prêmio Nobel deste ano nos permitiram entender como o calor, o frio e a força mecânica podem iniciar os impulsos nervosos que nos permitem perceber e se adaptar ao mundo ao nosso redor. Os canais TRP são centrais para nossa habilidade de perceber a temperatura. O canal Piezo2 nos dá a sensação de toque e a capacidade de sentir a posição e o movimento das partes do nosso corpo.
Os canais TRP e Piezo também contribuem para várias funções fisiológicas adicionais que dependem da detecção de temperatura ou estímulos mecânicos. A pesquisa intensiva em andamento originada das descobertas concedidas pelo Prêmio Nobel deste ano se concentra na elucidação de suas funções em uma variedade de processos fisiológicos.
Esse conhecimento está sendo usado para desenvolver tratamentos para uma ampla gama de condições de doença, incluindo dor crônica. Em um press release no dia 04 de outubro, o "The Nobel Assembly at Karolinska Institutet" divulgou que decidiu laurear o prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina aos pesquisadores David Julius e Ardem Patapoutian por suas descobertas sobre receptores para temperatura e tato.
*Ilustração feita por: Niklas Elmehed / Nobel Prize Outreach
Referências:
Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. Disponível em https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/summary/
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