© AP Photo / Fernando VergaraЗолотая медаль Нобелевской премии

© AP Photo / Fernando Vergara

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

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 BabuljakДэвид Джулиус

© 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 PatapoutianАрдем Патапутян

© 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.

11 октября 2016, 19:00Наука

Ученые выяснили, почему голые землекопы не чувствуют болиКапские голые землекопы, грызуны, победившие смерть, почти не чувствуют боли по той причине, что их ген, отвечающий за «включение» болевых рецепторов, отличается по своей структуре всего на одну букву от аналогичных генов человека и других млекопитающих.