Anledningen till att vi kan uppfatta oss själva och omvärlden är tack vare sinnesintryck – att vi känner av information eller stimuli via våra sinnen. Sinnen är så pass vedertagna att vi skulle ha svårt att tänka oss ett liv utan dem. Det skulle vara som att bo i en tyst, mörk låda. Människans sinnen innefattar bland annat syn, hörsel, smak, lukt, och “känsel”. Det vi kallar för “känsel” är sinnesintrycken temperatur och beröring. De är viktiga för att vi ska kunna anpassa oss till, och överleva i en ständigt föränderlig miljö. Idag uppmärksammas detta genom att Nobelpriset i medicin eller fysiologi tilldelas till upptäckterna av hur sinnesintryck från temperatur och beröring omvandlas till nervimpulser.
Temperatur och beröring är essentiella för att vi ska kunna utföra vardagliga uppgifter och tillåter oss tyda och interagera med vår interna och externa miljö. Allt börjar vid nerverna. Redan 1944 belönades Joseph Erlanger och Herbert Gasser med Nobelpris för upptäckten av olika typer av nervtrådar som reagerar på olika sorters stimuli. Nerver är en del av vårt nervsystem varav det centrala nervsystemet (CNS) består av nerverna i hjärna och ryggmärg och det perifera nervsystemet (PNS) vilket är nerverna som vidare går ut från CNS till resten av kroppens delar. Information utifrån och inifrån kroppen om bland annat temperatur, tryck, smärta och rörelse/position -också kallat proprioception- ger upphov till nervimpulser i PNS nerver som skickas vidare till CNS. Nerver är buntar av flera mindre nervceller också kallade neuron. Neuron har, precis som andra celler i kroppen, ett cellmembran som är ett omgivande hölje. Cellmembranet är avgörande för att cellen ska kunna hålla molekyler antingen innanför eller utanför cellen. På membranet sitter som små “antenner”: receptorer, som tar emot information och aktiverar kanaler uppbyggda av proteiner som agerar som portar, jonkanaler som kan släppa in eller ut partiklar. Förändring i jonkoncentration genererar en elektrisk signal i nervceller. Utifrån-kommande information exempelvis temperatur, beröring eller tryck görs i detta sätt om till en elektrisk impuls och skickas till hjärnan (CNS).
Men vilka receptorer på nervcellerna registrerar temperaturskillnader och mekaniska stimuli, så att de kan överföras som elektriska impulser i nervsystemet? Detta försökte sig David Julius och Ardem Patapoutian på att förklara.
David Julius undersökte hur vi uppfattar temperatur genom att titta på cellers membran och de receptorer som aktiveras av molekylen kapsaicin. I Julius experiment var man ute efter att identifiera rollen och påverkan av kapsaicin, som ni kanske hört är ett ämne i chilipeppar och framkallar känslan av hetta. Julius och hans medarbetare isolerade från kapsaicin-känsliga nervceller de gener (DNA-fragment) som kodade för receptorer som reagerade på smärta och temperatur. Dessa DNA fragment användes sedan för att framställa receptorer i odlade celler som tidigare varit okänsliga för kapsaicin. Bara ett av dessa DNA fragment gjorde dessa tidigare okänsliga celler känsliga för kapsaicin. Detta DNA-fragment kodade för receptorn TRPV1 (Transient Receptor Potential cation channel subfamily V member 1). Kapsaicin fann de, band fast till TRPV1-receptorn och gjorde att cellerna kunde generera en impuls som ledde till att man fick sensationen av värme. Med fortsatt forskning på receptorns känslighet visade Julius att TRPV1-receptorn även aktiverades av varma temperaturer som upplevs som smärtsamma. Detta fynd banade vägen för upptäckten av värmereceptorns motsvarighet – köldreceptorn. David Julius och Ardem Patapoutian prövade var för sig senare det kemiska ämnet mentol, som ledde till förnimmelsen av kyla, för att identifiera köldreceptorn TRPM8 (Transient receptor potential cation channel subfamily M member 8). Deras arbete har lett till ökad förståelse kring hur olika temperaturer kan ge upphov till elektriska nervsignaler.
Figur 1: Julius utförde experiment med kapsaicin från chilipeppar ledde till upptäckten av TRPV1, jonkanalen som aktiveras av smärtsam värme. Senare upptäcktes också TRPM8 som aktiveras av kyla.
Ardem Patapoutian gav sig sedan på att försöka besvara frågan hur mekaniska stimuli kunde utlösa de nervsignaler som gör att vi känner beröring och tryck. Patapoutian och hans medarbetare hade lagt ögonen på en cellinje som gav ifrån sig en mätbar elektrisk impuls när de petade på cellmembranet. I deras experiment fann de 72 kandidatgener som de misstänkte potentiellt kunde koda för en jonkanal som reagerade på tryck, och möjligen kunde ge upphov till känslan av beröring. En och en tystades dessa gener och när man inaktiverat 71 av 72 gener såg man fortfarande inget tecken på att någon av dessa skulle bidra med känsla av beröring. Till stor förvåning visade sig gen nummer 72 vara just den eftertraktade genen. När den genen inaktiverades försvann cellens känslighet för mekanisk stimulering och ingen elektrisk impuls utlöstes. De kallade den nyligen upptäckta tryckkänsliga jonkanal Piezo1 (piezo kommer från grekiskans píesi som betyder tryck) varefter man fann den närbesläktade receptorn Piezo2. De hade upptäckt en ny klass av proteiner som aktiveras av mekaniska stimuli såsom beröring och proprioception.
Figur 2: Patapoutian utnyttjade odlade tryckkänsliga celler för att upptäcka tryckkänsliga jonkanaler Piezo1 och Piezo2.
Vidare forskning visade att Piezo2 var avgörande för kroppens förmåga att känna beröring på huden samt för att registrera muskelspänning som en del av proprioception. Ytterligare livsviktiga funktioner som Piezo1 och Piezo2 visade sig ha var bland annat registrering av tryck i lungor, urinblåsa, tarm och blodkärl.
Patapoutians och Julius upptäckter har bidragit till att vi fått en bättre förståelse för hur värme, kyla och mekaniska stimuli kan initiera nervimpulser som tillåter oss uppfatta och anpassa oss till vår omvärld. TRP kanalerna är essentiella för att vi ska känna värme, kyla och smärta. Piezo2 kanalen tillåter oss känna av positioneringen av vår kropp och dess rörelser och tillsammans med Piezo1 registrerar de fysiologiska processer. Pågående forskning har kunnat utnyttja denna kunskap till att undersöka temperatur- och mekanokänsliga jonkanaler för att kunna utforma mer effektiva behandlingsstrategier vid olika sjukdomstillstånd som exempelvis innefattar långvarig eller kronisk smärta.
Illustrationer: © Nobelkommittén för fysiologi eller medicin. Illustratör: Mattias Karlén
Skribent: Nicole Kerekes
Kort om mig som skrivit texten! Jag heter Nicole Kerekes och pluggar läkarprogrammet på Göteborgs Universitet. Jag hade två huvudsakliga anledningar till att jag valde mitt program. Den första är att jag tidigt fastnade för biokemi. När någon förklarar nya biokemiska processer så är det för mig som att se på min favorit Netflix-serie, jag är helt hängiven. Den andra anledningen, som var väldigt viktigt för mig, var att det finns bra forskningsmöjligheter på mitt program och universitet. Forskning tycker jag är det coolaste som finns, det gör världen till en mer intressant plats. Forskning innebär samarbeten med människor världen över som har stor passion för sina ämnen och leder till både en personlig och samhällelig utveckling.