Болевая победа: «Нобеля» дали за восприятие температуры и осязания
Нобелевская премия в номинации «Физиология или медицина» 4 октября присуждена двум американским ученым — Дэвиду Джулиусу и Ардему Патапутяну. Они открыли молекулярную структуру белков-рецепторов, участвующих в механизмах восприятия боли, температурных и тактильных стимулов. Благодаря их работе появилась возможность поиска субстанций, которые, специфически воздействуя на эти молекулярные мишени, помогут разработать принципиально новые подходы для лечения болезней нервной и сердечно-сосудистой систем.
Некоторые любят горячее
Так получилось, что свои открытия лауреаты совершили в разные годы и независимо друг от друга. Например, в 1997 году Джулиус нашел рецептор тепла. В 2002-м одновременно Джулиус и Патапутян нашли рецептор холода, а в 2010-м Патапутян нашел рецептор механических касаний.
«Их исследования раскрыли один из секретов природы, объяснив молекулярную основу восприятия тепла, холода и механической силы, которая имеет фундаментальное значение для нашей способности чувствовать, интерпретировать и взаимодействовать с нашей внутренней и внешней средой», — говорится в заявлении комитета.
Сначала Джулиус с помощью капсаицина, активного ингредиента острого перца, смог идентифицировать так называемый ионный канал TRPV1.
Дэвид Джулиус
— Дело в том, что молекулы в нашем теле, которые чувствуют тепло и холод, можно активировать химическими веществами, — рассказал «Известиям» директор Федерального института мозга и нейротехнологий ФМБА, профессор РАН Всеволод Белоусов. — Джулиус резонно предположил, что при возникновении чувства жжения активируются терморецепторы. Ученый брал библиотеки генов из сенсорных нейронов и переставлял их в те клетки, которые в норме не реагируют на температуру. Методом перебора он и нашел гены, которые делают нечувствительные к температуре клетки чувствительными. Позже оказалось, что это семейство генов, которые отвечают за чувствительность и к теплу, и к холоду, и ко многим другим воздействиям.
Активатором холода в экспериментах стал ментол — это исследование два лауреата 2021 года проводили параллельно. Отвечающим за чувство холода оказался белок, названный TRPM8 — он похож на TRPV1. Впоследствии оказалось, что каналы этого семейства ответственны и за боль.
— Профессор Ардем Патапутян обнаружил другой тип мембранных белков-рецепторов, которые воспринимают очень слабый тактильный сигнал и передают его в центральную нервную систему. Функционирование этих каналов играет важную роль не только для работы мозга, оно необходимо также и для тонкой настройки и других физиологических функций, например для нормальной работы сердечно-сосудистой системы, — пояснил «Известиям» заведующий лабораторией физиологии возбудимых мембран Института физиологии им. И.П.Павлова РАН, руководитель группы прикладных и фундаментальных исследований боли НЦМУ Павловского центра «Интегративная физиология — медицине» Борис Крылов.
Ардем Патапутян
Примечательно, что два Нобелевских лауреата-2021 уже получили совместную премию Льюиса С. Розенштиля два года назад. Ее вручили за их выдающийся вклад в наше понимание ощущений температуры, боли и прикосновения.
Классика жанра
Периодически Нобелевский комитет отходит от современных работ и внимательно смотрит в прошлое. Например, в 2004 году награду вручили за объяснение механизмов работы обоняния, в 1980-х — за понимание работы зрительного распознавания объектов, а в 1960-х — за изучение слуха. Нобелевская премия 2021 года продолжает эту традицию. По мнению экспертов, она выделяется на фоне идущих друг за другом наград за разработку лекарств.
— В этому году Нобелевскую премию дали за уже ставшие классическими работы, — заметил профессор кафедры физиологии человека и животных МГУ им. М.В. Ломоносова Вячеслав Дубынин. — Рецепторы известны более 20 лет, и очень приятно, что эти работы наконец оценены по достоинству.
Эксперт рабочей группы «Нейронет» Национальной технологической инициативы, член-корреспондент РАН Павел Балабан напомнил «Известиям», что рецепторы составляют основу восприятия человеком внешнего мира.
Пресс-конференция в Каролинском институте после объявления лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине, 4 октября 2021 года
— Но если зрительные рецепторы и хеморецепторы были изучены очень хорошо, то механические и температурные оказались очень сложно устроенными и реагирующими на большое количество разных факторов. Поэтому возникала проблема: как понять структуру и способы управления ими. Лауреаты премии 2021 года совершили скачок в установлении структуры рецепторов и их регулирования, — объяснил специалист.
Как пояснил Вячеслав Дубынин, часть таких рецепторов представляет собой группу молекул, которые отвечают за наше восприятие тепла и холода. Более того, внутри теплохолодовой чувствительности есть отдельные диапазоны, и за каждый из них отвечают свои рецепторы. Градация очень точна: «горячо», «сильно горячо», «почти обжегся». Через эти рецепторы действуют многие пряности. Например, капсаицин, поэтому работа имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Ведь на основе капсаицина время от времени пытаются создать средство от воспаления.
— Вторая группа рецепторов, упомянутая при присуждении премии, связана с давлением — одни отвечают за легкое, другие за сильное, третьи за среднее давление, — уточнил Вячеслав Дубынин. — Они расположены в разных местах — одни отвечают за поверхность кожи, другие за более глубокие слои. Где-то их больше, где-то меньше.
Заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ Иван Гущин уточнил, что рецепторы холода и тепла в первую очередь расположены в носоглотке, легких, пищеварительной системе, в коже. Рецепторы касания в основном находятся также в коже, пищеварительной системе и системе кровообращения.
Без боли и слез
Работа по обнаружению рецепторов температуры и давления имеет огромное практическое знание. Возможно, она была отмечена сейчас, потому что стало важно и возможно сделать жизнь любого человека, в том числе больного, комфортнее.
— Поиск обезболивающих, которые не имеют побочных эффектов, очень актуальная задача, — пояснил Иван Гущин. — Люди часто испытывают боль, и им хочется избавиться от нее. Но если мы хотим сделать это, то нужно знать, в каком месте тела какая молекула за это отвечает. Что за белок отвечает за восприятие этих стимулов. Зная эту молекулу, мы можем рационально придумывать лекарств, находить молекулу, которая будет действовать именно на этот рецептор и не давать ему сигнализировать о боли.
Борис Крылов рассказал, что сейчас удалось клонировать TRPV1 рецепторы, полностью описать первичную структуру этих белков.
— Интенсивные исследования многих лабораторий во всем мире должны привести к созданию эффективных анальгетических лекарственных препаратов, которые остро необходимы сегодня клинической медицине, — надеется эксперт. — Подчеркну, что молекулярной мишенью этих субстанций служат обнаруженные профессором Дэвидом Джулиусом TRP рецепторы. Знание структуры ванилоидных рецепторов (представители семейства ионных каналов, активирующиеся под действием капсаицина. — «Известия») позволило вывести на тончайший молекулярный уровень исследования в области ноцицепции — науки о боли. Несмотря на то что белки Piezo1 и Piezo2 на молекулярном уровне еще не столь глубоко исследованы, как TRPV рецепторы-каналы, воздействие на эти молекулярные мишени новыми разрабатываемыми субстанциями может привести к созданию принципиально важных для практической медицины лекарственных средств.
Как добавил Павел Балабан, получив возможность запустить терморецепторы в эпилептическом очаге, можно заставить эти клетки отмереть самостоятельно. Терморецепторы, управляющие ионными каналами, можно применять для уничтожения опухолей при их нагревании всего на 1–2 С°.
В заключение эксперты отметили, что это направление чрезвычайно перспективно в плане лечения разнообразных патологий и поиска новых путей управления организмом.
