Vencedores do Nobel de Medicina 2021 descobriram como sentimos calor, frio, toque…

Como sentimos nosso ambiente? Esse tem sido um dos grandes mistérios que desafiam nossa compreensão sobre como vivemos. Imagine andar descalço por um gramado em um dia quente de verão. Você pode sentir o calor do sol, a carícia do vento e as folhas individuais de grama sob seus pés. Essas impressões de temperatura, toque e movimento são essenciais para a nossa adaptação ao ambiente em constante mudança. Mas como os impulsos nervosos são iniciados para que a temperatura e a pressão possam ser percebidas? Como a luz é detectada pelos olhos? Como as ondas sonoras afetam nossos ouvidos internos? Como diferentes compostos químicos interagem com os receptores em nosso nariz e boca, gerando cheiro e sabor? As descobertas inovadoras feitas pelos David Julius e Ardem Patapoutian, ganhadores do Prêmio Nobel de Medicina 2021, nos permitiram entender como o calor, o frio e a força mecânica podem iniciar os impulsos nervosos que nos permitem perceber e nos adaptar ao mundo ao nosso redor.

David Julius utilizou a capsaicina, um composto pungente da pimenta malagueta que induz uma sensação de queimação, para identificar um sensor nas terminações nervosas da pele que responde ao calor. Ardem Patapoutian usou células sensíveis à pressão para descobrir uma nova classe de sensores que respondem a estímulos mecânicos na pele e órgãos internos. Essas descobertas revolucionárias lançaram atividades de pesquisa intensas, levando a um rápido aumento em nossa compreensão de como nosso sistema nervoso sente o calor, o frio e os estímulos mecânicos. Os laureados identificaram elos essenciais que faltavam em nossa compreensão da complexa interação entre nossos sentidos e o meio ambiente.

No século 17, o filósofo René Descartes imaginou fios conectando diferentes partes da pele com o cérebro. Dessa forma, um pé tocando uma chama aberta enviaria um sinal mecânico ao cérebro. Descobertas posteriores revelaram a existência de neurônios sensoriais especializados que registram mudanças em nosso ambiente. Joseph Erlanger e Herbert Gasser receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1944 pela descoberta de diferentes tipos de fibras nervosas sensoriais que reagem a estímulos distintos, por exemplo, nas respostas ao toque doloroso e não doloroso. Desde então, foi demonstrado que as células nervosas são altamente especializadas para detectar e transduzir diferentes tipos de estímulos, permitindo uma percepção diferenciada de nosso entorno. Por exemplo, nossa capacidade de sentir diferenças na textura das superfícies através das pontas dos dedos ou nossa capacidade de discernir tanto o calor agradável quanto o doloroso.

Antes das descobertas de David Julius e Ardem Patapoutian, nossa compreensão de como o sistema nervoso sente e interpreta nosso ambiente ainda continha uma questão fundamental não resolvida: como a temperatura e os estímulos mecânicos são convertidos em impulsos elétricos no sistema nervoso?

A ciência esquenta!

No final da década de 1990, David Julius, da Universidade da Califórnia, em San Francisco, EUA, viu a possibilidade de grandes avanços nessa questão 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, ao calor e ao toque.

Julius e colegas levantaram a hipótese de que a biblioteca incluiria um fragmento de DNA que codifica a proteína capaz de reagir à capsaicina. Eles expressaram genes individuais desta coleção em células de cultura que normalmente não reagem à capsaicina. Após uma busca trabalhosa, identificaram um único gene capaz de tornar as células sensíveis à capsaicina. 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 receptor sensor de calor que é ativado em temperaturas percebidas como dolorosas.

A descoberta do TRPV1 foi um grande avanço, abrindo caminho para a descoberta de outros receptores sensores de temperatura. Cada um por si, 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 o grande avanço que nos permitiu entender como as diferenças de temperatura podem induzir sinais elétricos no sistema nervoso.

Pesquisa sob pressão!

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 novo e totalmente desconhecido canal iônico sensível à mecânica novo havia sido descoberto e recebeu o nome de Piezo1, após a palavra grega para pressão (í; píesi). Por sua semelhança com Piezo1, um segundo gene foi descoberto e denominado Piezo2.

A descoberta de Patapoutian levou a uma série de artigos de seu e de outros grupos, demonstrando que o canal iônico Piezo2 é essencial para o sentido do tato. Além disso, foi demonstrado que Piezo2 desempenha um papel fundamental no sensoriamento criticamente importante da posição e do movimento do corpo, conhecido como propriocepção. Em um trabalho posterior, os canais Piezo1 e Piezo2 mostraram regular processos fisiológicos importantes adicionais, incluindo pressão sanguínea, respiração e controle da bexiga urinária.

Tudo faz sentido!

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 nos 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,

Quem são eles

David Julius nasceu em 1955 em Nova York, EUA. Ele recebeu um Ph.D. em 1984 pela University of California, Berkeley e foi pós-doutorado na Columbia University, em Nova York. David Julius foi recrutado para a University of California, San Francisco em 1989, onde agora é professor.

Ardem Patapoutian nasceu em 1967 em Beirute, Líbano. Em sua juventude, ele se mudou de Beirute devastada pela guerra para Los Angeles, EUA, e recebeu o doutorado. em 1996, do California Institute of Technology, Pasadena, EUA. Ele era um pós-doutorado na University of California, San Francisco. Desde 2000, ele é um cientista na Scripps Research, La Jolla, Califórnia, onde agora é professor. Ele é um investigador do Howard Hughes Medical Institute desde 2014.

Com informações de The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Tue. 5 Oct 2021.

Imagem em destaque: Está frio! – Crédito: Alora Griffiths/Unsplash