Il Nobel per la Medicina 2021 ci spiega le sensazioni tattili

Julius e Patapoutian vincono il Nobel per la Medicina, per gli studi sui recettori che regolano la percezione della temperatura e del tatto

La Commissione svedese per l’assegnazione dei premi Nobel 2021 ha assegnato il premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia a David Julius e Ardem Patapoutian. Le scoperte di questi due ricercatori hanno permesso di descrivere i meccanismi che regolano il senso del tatto, in particolare per quanto riguarda le sensazioni di temperatura e pressione. Di tutti i cinque sensi, il tatto è forse quello che tendiamo a dare più per scontato. Eppure la capacità di sentire, di percepire stimoli come il calore e il dolore, è essenziale per la nostra sopravvivenza. Attraverso la pelle sentiamo il mondo che ci circonda e le nostre sensazioni sono la chiave che ci consente di interagire con l’ambiente esterno.

Come sentiamo? Una domanda da Nobel

Il funzionamento dei sensi umani ha da sempre affascinato studiosi e pensatori. La grande domanda a cui dare risposta era come il corpo riuscisse a convertire uno stimolo esterno in un impulso elettrico che arrivi al carvello. La scoperta delle fibre nervose in grado di decodificare lo stimolo del dolore valse a Joseph Erlanger and Herbert Gasser il Nobel per la Medicina nel 1944. Da quel momento, studi successivi hanno identificato svariate classi di cellule nervose, specializzate per trasmettere determinati stimoli, in risposta a variazioni di calore e di rugosità delle superifici. Il meccanismo attraverso cui le cellule nervose sono in grado di convertire questi stimoli in impulsi elettrici prende il nome di trasduzione. Questa è resa possibile grazie ai recettori, proteine di membrana che si attivano in risposta agli stimoli.

Tutto merito del peperoncino

La scoperta che ha valso il Nobel a David Julius è legata proprio a una di queste classi di recettori presenti nelle terminazioni nervose della pelle, in grado di agire come sensori di calore. Per studiare il fenomeno Julius aveva bisogno di trovare una sostanza in grado di causare una sensazione di bruciore. La molecola che faceva la caso suo era la capsaicina, responsabile della piccantezza del peperoncino e già conosciuta per la sua capacità di attivare le cellule nervose. Il punto era capire quale, tra le migliaia di proteine presenti sulle cellule nervose, fosse in grado di riconoscere la capsaicina e innescare una reazione.

Partendo dal DNA dei neuroni sensoriali che rispono a dolore e temperatura, Julius e il suo team di ricerca realizzarono una collezione di frammenti di DNA. Tra questi doveva necessariamente trovarsi il gene che codifica per la proteina capace di reagire alla capsaicina. Fecero perciò esprimere ciascuno di questi geni a cellule che normalmente non reagiscono al calore, cercando quale di queste cellule avesse poi acquisito la capacità di riconoscere la capsaicina. Trovarono così un solo gene in grado di rendere le cellule sensibili alla capsaicina: esso codifica per un recettore di membrana a canale ionico, che fu poi chiamato TRPV1. Questo recettore si attiva in risposta a temperature elevate, causando una reazione di dolore.

La scoperta di TRPV1 è stata importante per capire come le variazioni di temperatura inducano stimoli di natura elettrica nel sistema nervoso, causando reazioni spiacevoli. Dopo TRPV1 sono stati trovati simili canali ionici, che rispondono a diversi range di temperatura. Ad esempio, sia Julius che Patapoutian, utilizzarono il mentolo per riprodurre la sensazione di freddo, identificando il recettore TRPM8 attivato dal freddo. La reazione a questi stimoli caratterizzati dalla sensazione di dolore è quella di attuare comportamenti per riportare la temperatura del corpo ad un valore adeguato, molto importante per la sopravvivenza.

Cellule sotto pressione

Mentre si accumulavano evidenze scientifiche sui recettori di temperatura, rimaneva ancora da spiegare come le cellule rispondessero a stimoli meccanici, come quelli pressori. Ardem Patapoutian e i suoi collaboratori cercarono di rispondere a questa domanda utilizzando una linea cellulare che, in risposta a uno stimolo meccanico come la pressione di una micropipetta, desse un segnale elettrico misurabile. Per identificare quale fosse il recettore che registrava lo stimolo di pressione utilizzò la tecnica del silenziamento genico. Uno ad uno i geni venivano inattivati e si misurava la capacità della cellula di produrre un impulso elettrico in seguito a pressione.

Così Patapoutian scoprì un recettore mai descritto prima, responsabile della meccanosensitività. Questo canale ionico venne chiamato Piezo1 e in seguto permise di identificare un altro canale molto simile, chiamato Piezo2. La scoperta di questi recettori permise poi di trovare le cellule che li esprimevano ad alti livelli, ovvero i neuroni sensoriali che rispondono a variazioni di pressione.

Il recettore Piezo2 si è poi rivelato estremamente importante per il senso del tatto, svolgendo un ruolo centrale nel processo di coscienza della posizione del corpo e del movimento. Tatto, propiocezione e movimento ma non solo. Piezo1 e Piezo2 sono coinvolti in altri processi fisiologici, come il controllo della pressione sanguigna, della respirazione e della vescica.

Due scoperte importantissime, che hanno aperto la strada a numerose rierche con forti implicazioni in ambito medico. Capire come avviene il controllo di questi stimoli permette di trovare modalità di intervento in patologia, come ad esempio nei casi di dolore cronico.

Cover image: © Niklas Elmehed for Nobel Prize Outreach