Γιατί νιώθουμε κρύο: φταίει μια πρωτεΐνη στον εγκέφαλο

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Φύση αποκαλύπτει πώς η πρωτεΐνη TRPM8, που ενεργοποιείται από το κρύο και τη μενθόλη, μεταδίδει ένα σήμα στον εγκέφαλο. Μια σημαντική πρόοδος στην κατανόηση της αντίληψης του κρύου.

Ένα ρίγος που διαπερνά το δέρμα, μια αίσθηση πάγου όταν αγγίζετε ένα κρύο αντικείμενο, ή ακόμα και αυτή η έντονη φρεσκάδα μετά από μια τσίχλα με μενθόλη… Πίσω από αυτές τις κοινότοπες αισθήσεις κρύβεται ένας μηχανισμός που παραμένει για καιρό μυστηριώδης. Αλλά Αμερικανοί ερευνητές μόλις, για πρώτη φορά, αποκάλυψαν αυτό το μυστικό σε ατομική κλίμακα.

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο (UCSF) κατάφεραν να παρατηρήσουν λεπτομερώς τη λειτουργία μιας βασικής πρωτεΐνης στην αντίληψή μας για το κρύο: TRPM8. Η δουλειά τους, που δημοσιεύτηκε στις 25 Μαρτίου στο περιοδικό Φύσηανοίγουν νέες προοπτικές, ιδίως για να κατανοήσουν καλύτερα ορισμένους πόνους που προκαλούνται από το κρύο.

Μια μικροσκοπική «πόρτα» που σηματοδοτεί το κρύο

Συγκεκριμένα, όλα συμβαίνουν στο επίπεδο των νευρικών κυττάρων. Όταν η θερμοκρασία πέσει (κάτω από περίπου 26°C) ή παρουσία μενθόλης, ενεργοποιείται η πρωτεΐνη TRPM8. Στη συνέχεια ανοίγει «σαν μια μικροσκοπική πόρτα» για να στείλει ένα ψυχρό σήμα στον εγκέφαλο.

Ένας θεμελιώδης μηχανισμός… αλλά παρέμεινε άπιαστος για τους επιστήμονες για πολύ καιρό. «Όλοι θέλουν να μάθουν πώς λειτουργεί η ανίχνευση θερμοκρασίας, αλλά αποδεικνύεται ότι η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση είναι πολύ τεχνικά πολύπλοκη», εξηγεί ο David Julius, Νόμπελ Ιατρικής 2021 και συν-συγγραφέας της μελέτης σε δελτίο τύπου. “Οπότε είναι πραγματικά συναρπαστικό να μπορώ επιτέλους να το απαντήσω. ΕΧΕΙ”

Βλέποντας πρωτεΐνες σε κίνηση, μια επανάσταση

Μέχρι τώρα, οι ερευνητές αντιμετώπιζαν ένα όριο. Μπορούσαν να παρατηρήσουν μόνο τις πρωτεΐνες παγωμένες, όπως σε μια φωτογραφία. Ωστόσο, η λειτουργία τους βασίζεται ακριβώς στην κίνηση.

“Για δεκαετίες, η δομική βιολογία έχει επικεντρωθεί στη σύλληψη πρωτεϊνών σε σταθερές καταστάσεις. Αυτή η εργασία δείχνει ότι για να κατανοήσουμε πραγματικά πώς λειτουργεί μια πρωτεΐνη, πρέπει επίσης να καταλάβουμε πώς κινείται», υπογραμμίζει ο Yifan Cheng, καθηγητής βιοχημείας και συνεπικεφαλής της μελέτης.

Μια άλλη δυσκολία: η πρωτεΐνη TRPM8 είναι ιδιαίτερα ασταθής στο εργαστήριο. “Βρήκαμε ότι η πρωτεΐνη είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στον τρόπο με τον οποίο χειρίζεται. Η διατήρησή της στη φυσική της μεμβράνη τελικά μας επέτρεψε να δούμε τι πραγματικά συνέβαινε”, λέει ο Kevin Choi, διδακτορικός φοιτητής και συν-συγγραφέας.

Ένα τεχνολογικό επίτευγμα για να συλλάβει το κρύο

Για να επιτύχουν τα αποτελέσματά τους, οι ερευνητές συνδύασαν δύο τεχνικές αιχμής. Η πρώτη, κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία, καθιστά δυνατή την κατάψυξη της πρωτεΐνης σε μια ακριβή στιγμή για τη λήψη τρισδιάστατων εικόνων. Το δεύτερο, πιο δυναμικό, ακολουθεί τις κινήσεις του σε πραγματικό χρόνο ανάλογα με τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

«Ακριβώς όπως μια φωτογραφία ενός αλόγου δεν μπορεί να καθορίσει την ταχύτητά του, έτσι και η ηλεκτρονική μικροσκοπία από μόνη της δεν μπορεί να μας πει για την κίνηση του μορίου», εξηγεί ο Xiaoxuan Lin, συν-συγγραφέας της μελέτης. “Αλλά ο συνδυασμός αυτών των δύο τεχνικών μας επέτρεψε να δούμε τι συνέβαινε. ΕΧΕΙ.”

Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρατηρήσουν πώς το κρύο τροποποιεί τη δομή του TRPM8. Όταν η θερμοκρασία πέφτει, ένα συγκεκριμένο μέρος της πρωτεΐνης σταθεροποιείται, το οποίο πυροδοτεί την εσωτερική κίνηση. Στη συνέχεια, ένα μόριο λιπιδίου εγκαθίσταται στη δομή και διατηρεί το κανάλι ανοιχτό, επεκτείνοντας έτσι το ψυχρό σήμα που στέλνεται στον εγκέφαλο.

Γιατί μερικά ζώα αντιστέκονται καλύτερα στο κρύο;

Αυτή η ανακάλυψη ρίχνει επίσης φως σε ένα βιολογικό αίνιγμα. Γιατί τα πουλιά, που έχουν επίσης αυτή την πρωτεΐνη, είναι λιγότερο ευαίσθητα στο κρύο από τα θηλαστικά;

Συγκρίνοντας τις διαφορετικές εκδόσεις του TRPM8, οι ερευνητές εντόπισαν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που συνδέονται με αυτήν την ευαισθησία. Μια πολύτιμη οδός για την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών προσαρμογής στο κρύο στον κόσμο των ζώων.

Προς νέες θεραπείες;

Πέρα από τη θεμελιώδη κατανόηση, αυτή η εργασία θα μπορούσε να έχει συγκεκριμένες εφαρμογές. Η καλύτερη αποκρυπτογράφηση του τρόπου λειτουργίας του TRPM8 θα μπορούσε τελικά να καταστήσει δυνατή την ανάπτυξη θεραπειών για τον πόνο που σχετίζεται με το κρυολόγημα.

Γενικότερα, αυτή η πρόοδος σηματοδοτεί ένα σημείο καμπής στον τρόπο με τον οποίο μελετάμε τις πρωτεΐνες. «Η δυναμική συμπεριφορά είναι απαραίτητη για τη λειτουργία πολλών πρωτεϊνών και δεν μπορούμε να την καταλάβουμε από μια απλή εικόνα», επιμένει ο Yifan Cheng. Μια επιστημονική επανάσταση… που θα μπορούσε κάλλιστα να αλλάξει την αντίληψή μας, μέχρι την παραμικρή συγκίνηση.

Πηγές