Мир в ощущениях. За что дали Нобелевскую премию по физиологии

МОСКВА, 4 окт — РИА Новости, Альфия Еникеева, Татьяна Пичугина. Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили американцам Дэвиду Джулиусу и Ардему Патапутяну, открывшим механизм восприятия температуры, осязания и боли клетками нашего организма. Это дает надежду на создание обезболивающих нового поколения.

Что общего у чувства горечи и горячего

Способность человека испытывать боль долгое время оставалась загадкой для науки. К ее решению в конце 1940-х приблизился венгерский ученый Миклош Янчо. Вместе с коллегами он экспериментировал с капсаицином — веществом, которое содержится в перце чили.

Янчо мазал перцем себе лицо и руки, наносил его на подопытных животных в лаборатории, следил за их поведением. И обнаружил, что при длительном воздействии на кожу жжение прекращается. При этом и на другие горькие раздражители — например, горчицу — реакция тоже возникает. Он также отметил: если намазать половину лица капсаицином, то, помимо жгучей боли, можно почувствовать, что кожа становится горячее.

Работы Янчо показали, как периферическая нервная система реагирует на боль и дает сигналы мозгу. Однако было по-прежнему неясно, как именно перец запускает процесс рождения нервного импульса. Должен быть некий рецептор "капсаицина". В 1997-м его открыл Дэвид Джулиус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, внук эмигрантов из России.

TRP-каналы — это белки, расположенные в мембране нервных клеток. Они служат термосенсорами. Если нам горячо или холодно, они посылают мозгу сигнал

Джулиус родился в интеллигентной семье в Нью-Йорке, закончил Массачусетский технологический институт и выбрал нейробиологию. Его интересовало, как наши клетки реагируют на внешние раздражители: химические молекулы, механические и физиологические стимулы. Джулиус с коллегами клонировали фрагменты ДНК, заставляя их работать в клетках, точно не реагирующих на капсаицин. Так они обнаружили нужный ген и назвали его ванилоидным рецептором первого типа — TRPV1.

TRPV1 — белок, который вырабатывается в мембране нервных клеток, пронизывающих кожу, слизистую, многие внутренние органы, мозг. Он работает как ионный канал: при активации начинает пропускать в клетку ионы натрия, магния, кальция. В результате накапливается электрический потенциал, запускающий цепочку нервных импульсов, и мы ощущаем боль. Как оказалось, рецептор срабатывает не только на капсаицин, но главным образом на жар. Нам больно, если температура кожи поднимается до 43 градусов и выше.

Существует целая группа рецепторов TRP, которые участвуют в формировании острой и хронической боли. Один из них — TRPV8 — активируется при температуре ниже 16 градусов, кроме того, он реагирует на мяту: дает ощущение холода. Джулиус также обнаружил особый рецептор для васаби — острого вещества, содержащегося в экстракте горчицы.

© REUTERS / UCSF/Steve Babuljak

Дэвид Джулиус

Открытие рецептора поглаживания

Ардем Патапутян родился в Бейруте в семье эмигрантов армянского происхождения. Студентом приехал в США и учился в Калифорнийском университете в Лос-Анжелесе. После защиты докторской работал в Сан-Франциско, где пересекался с Джулиусом. В это время независимо друг от друга они открыли рецептор холода TRPV8.

В Медицинском институте Говарда Хьюза и в Институте Скриппса Патапутян с коллегами приступил к исследованию осязания — единственного из органов чувств, молекулярный механизм работы которого оставался неизвестным. Ученые предполагали, что он начинается в коже с физического стимула, затем превращается в химический и далее в нервный импульс. Все это очень похоже на ощущение температуры и боли.

Ученые экспериментировали с культурой клеток, прокалывая их микропипеткой. И выявили, какие из них отвечают на это электрическим нервным импульсом. Далее выбрали 72 кандидатных гена. С помощью РНК-интерференции им удалось вычислить искомый кодирующий нужный рецептор и изолировать его. Белок получил говорящее название "пьезо". Так были открыты два рецептора этой группы — Piezo 1 и Piezo 2.

© REUTERS / Courtesy of Ardem Patapoutian

Ардем Патапутян

Piezo 2 посылает мозгу сигналы о том, что мочевой пузырь полон, что кто-то легко касается нашей кожи или что мы обгорели на солнце. Эти датчики также чувствуют относительное положение частей нашего тела. Работы Патапутяна положили начало целому направлению — механобиологии.

Джулиус и Патапутян совместно получили ряд крупнейших наград в области физиологии: "Прорыв в области медицины" фонда BBVA, премию Кавли, Международную премию Гайрднера. Теперь и Нобелевский комитет высоко оценил фундаментальный характер их достижений.

"Они поняли, каким образом функционирует организм. Когда вручали премию, уточнили, что фактически дают ее за описание механизма соматоощущений — то, каким образом организм воспринимает окружающий мир — это температура и воздействие", — поясняет Валентин Борщевский, заместитель заведующего лабораторией перспективных исследований мембранных белков МФТИ.

По словам ученого, системы, которые воспринимают касания и температуры, очень простые. Только один белок отвечает за каждое из этих ощущений. "Это довольно редкая ситуация", — отметил он.

Открытия пока не нашли практического применения. "Каким образом эти знания можно использовать в медицине, мы узнаем в ближайшем будущем. Я думаю, в первую очередь — для создания лекарств против боли. Или инструментов воздействия на клетки — не только для исследований, но и клеточных терапий", — добавил Борщевский.

Исследования Джулиуса и Патапутяна открывают перспективы для разработки неопиоидных обезболивающих. Несколько фармлабораторий в мире уже ищут соединение, которое могло бы стать основой для препаратов против артритных болей.