A capacidade de sentirmos o calor, o frio e o toque é essencial para a nossa sobrevivência e é o suporte da nossa interação com o mundo ao nosso redor. Na nossa vida diária, consideramos essas sensações naturais. Os investigadores agora laureados com o Prémio Nobel deram resposta a uma questão importante e intrigante: Como é que os impulsos nervosos são iniciados para que a temperatura e a pressão possam ser percebidas?
Em comunicado o comité Nobel no Instituto Karolinska, Estocolmo, Suécia indica que David Julius utilizou a capsaicina, um composto pungente da pimenta malagueta que induz uma sensação de queimadura, 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.
Estas descobertas inovadoras permitiram lançar atividades intensas de investigação, levando a um rápido aumento da compreensão de como nosso sistema nervoso deteta o calor, o frio e os estímulos mecânicos. Os laureados identificaram os elos essenciais que faltavam para a compreensão da complexa interação entre os nossos sentidos e o meio ambiente.
Como percebemos o mundo
Um dos grandes mistérios que a humanidade enfrenta é a questão de como sentimos nosso ambiente. Os mecanismos subjacentes aos nossos sentidos dispararam nossa curiosidade por milhares de anos, por exemplo, como a luz é detetada pelos olhos, como as ondas sonoras afetam nossos ouvidos internos e como diferentes compostos químicos interagem com os recetores no nosso nariz e boca gerando cheiro e sabor. Também temos outras maneiras de perceber o mundo ao nosso redor. Se andarmos descalços no campo num dia quente de verão iremos poder sentir o calor do sol, a carícia do vento e as folhas individuais da erva sob os pés. Essas impressões de temperatura, toque e movimento são essenciais para a nossa adaptação ao ambiente em constante mudança.
O comité Nobel descreve que no século 17, o filósofo René Descartes imaginou fios a conectar diferentes partes da pele com o cérebro. Dessa forma, um pé ao tocar numa chama enviaria um sinal mecânico ao cérebro. Descobertas posteriores revelaram a existência de neurónios sensoriais especializados que registam mudanças no ambiente. Joseph Erlanger e Herbert Gasserrecebeu, Prémio 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 a detetar e transduzir diferentes tipos de estímulos, permitindo uma perceção diferenciada do 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 como o doloroso.
Antes das descobertas de David Julius e Ardem Patapoutian, a compreensão de como o sistema nervoso sente e interpreta o ambiente ainda continha uma questão fundamental não resolvida: como é que a temperatura e os estímulos mecânicos são convertidos em impulsos elétricos no sistema nervoso?
A ciência avança
No final da década de 1990, David Julius, da Universidade da Califórnia, em San Francisco, EUA, viu a possibilidade de grandes avanços ao analisar como o composto químico capsaicina causa a sensação de queimação que sentimos quando entramos em contato com a 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 por resolver. David Julius e seus colegas de trabalho criaram uma biblioteca de milhões de fragmentos de DNA correspondentes a genes que são expressos nos neurónios sensoriais que podem reagir à dor, calor e toque. O investigadores levantaram a hipótese de que a biblioteca incluiria um fragmento de DNA que codifica a proteína capaz de reagir à capsaicina. Então expressaram genes individuais desta coleção em células de cultura que normalmente não reagem à capsaicina. Após uma procura trabalhosa, foi identificado um único gene capaz de tornar as células sensíveis à capsaicina. O gene para deteção de capsaicina foi encontrado! Outras experiências revelaram que o gene identificado codifica uma nova proteína de canal iónico e esse recetor de capsaicina recém-descoberto foi mais tarde denominado TRPV1. Quando David Julius investigou a capacidade da proteína de responder ao calor, ele percebeu que havia descoberto um recetor 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 recetores sensores de temperatura. Independentemente um do outro, David Julius e Ardem Patapoutian usaram a substância química mentol para identificar o TRPM8, um recetor que se mostrou ativado pelo frio. Canais de íons adicionais relacionados ao TRPV1 e TRPM8 foram identificados e ativados por uma gama de temperaturas diferentes. Muitos laboratórios procuraram programas de pesquisa para investigar os papéis desses canais na sensação térmica usando ratos 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.
Investigação sob pressão
Enquanto os mecanismos para a sensação de temperatura estavam a ser desenvolvidos, não estava claro como os estímulos mecânicos poderiam ser convertidos nos nossos sentidos de toque e pressão. Os investigadores já haviam encontrado sensores mecânicos em bactérias, mas os mecanismos subjacentes ao toque em vertebrados permaneciam desconhecidos. Ardem Patapoutian, a trabalhar na Scripps Research em La Jolla, Califórnia, EUA, desejava identificar os recetores elusivos que são ativados por estímulos mecânicos, descreve o comité Nobel.
Ardem 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 recetor ativado por força mecânica é um canal iónico e numa próxima etapa foram identificados 72 genes candidatos que codificam possíveis recetores. Esses genes foram inativados um a um para descobrir o gene responsável pela mecanossensibilidade nas células estudadas. Depois de uma busca árdua, os investigadores conseguiram identificar um único gene cujo silenciamento tornava as células insensíveis a cutucar com a micropipeta. Um canal iónico mecanossensível novo e totalmente desconhecido foi descoberto e recebeu o nome de Piezo1, após a palavra grega para pressão. Pela sua semelhança com Piezo1, um segundo gene foi descoberto e denominado Piezo2.
A descoberta de Ardem Patapoutian levou a uma série de publicações que demonstravam que o canal iónico 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 proprioceção. Num 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 agora laureados do Prémio Nobel deste ano 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 dá-nos a sensação de toque e a capacidade de sentir a posição e o movimento de partes do nosso corpo.
Os canais TRP e Piezo também contribuem para várias funções fisiológicas adicionais que dependem da deteção de temperatura ou estímulos mecânicos. A investigação intensiva em andamento originada pelas descobertas concentra-se na elucidação de funções numa variedade de processos fisiológicos. Esse conhecimento está a ser usado para desenvolver tratamentos para uma ampla gama de condições de doença.
