De Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde is toegekend aan David Julius en Ardem Patapoutian voor hun ontdekking van de zintuigen voor temperatuur en tast.

Is het buiten warm of koud? Is die tafel glad of ruw? Onze zintuigen voor temperatuur en gevoel zijn essentieel om de wereld om ons heen te begrijpen. De fysiologen David Julius (1955) van de University of California, San Franciso, en Ardem Patapoutian (1967) van het Scripps Research Institute, San Diego, krijgen de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde voor hun onderzoek naar de moleculaire werkingsmechanismen van deze zintuigreceptoren. Zo maakte het Nobelprijscomité net bekend.

Lees ook:

• Zeven grootheden die de Nobelprijs nooit kregen (1)
• Zeven grootheden die de Nobelprijs nooit kregen (2)

Brandende pijn

Misschien ken je het brandende pijngevoel dat het eten van chilipepers wel. Het schuldige stofje heet capsaïcine. Het was al bekend dat dit goedje een heftige prikkeling veroorzaakt van de zenuwcellen in de huid, maar hoe dat precies in elkaar stak was eind 1990 nog onbekend. Dus besloot Julius met zijn team een database te bouwen van miljoenen DNA-fragmenten die actief waren in deze zintuigcellen. Ergens in deze genencollectie moest het gen zijn die voor een eiwit codeert dat maakt je zo heftig reageert op capsaïcine, zo was de gedachte.

Julius en collega’s lieten elk van de genen tot expressie komen in kweekcellen die ongevoelig waren voor het ‘hete’ stofje. Bij het gen TRPV1 was het raak: het resulterende eiwit maakte de zenuwcel hyperactief op het moment dat het in aanraking kwam met capsaïcine. Het eiwit betreft een soort poortwachter in het celmembraan. Bij binding van het molecuul gaat de poort open en stromen geladen deeltjes de cel binnen. De cel reageert daarop door brandende pijnprikkels door te geven aan de rest van het zenuwstelsel en uiteindelijk het brein. En voilà: je rent naar de dichtstbijzijnde kraan voor een verkoelend slokje water.

Het volgende mysterie

De ontdekking van deze temperatuursensor leidde tot de vondst van andere zintuigreceptoren-genen. Onafhankelijk van elkaar gebruikten zowel David Julius als Ardem Patapoutian het verkoelende goedje menthol om TRPM8 te vinden. Dit gen vertaalt naar een eiwit dat ons laat reageren op kou. Daarna volgde nog een lange reeks aan extra genen die elk reageren op een specifiek temperatuurbereik.

Hierna besloot Patapoutian zich te storten op het ontrafelen van het volgende mysterie: de zintuigen voor mechanische druk. Hij en zijn team plaagden kweekcellen door er kleine naaldjes in te prikken. Die reageerden daarop door elektrische signalen af te geven. Maar welk gen en eiwit is daarvoor verantwoordelijk? Het team identificeerde 72 mogelijke kandidaten.

Van bloeddruk tot je plas ophouden

Deze 72 genen werden een voor een elk in kweekcellen uitgeschakeld. Op die manier zouden ze hun werk niet meer kunnen doen. Bij ‘knock-out’ van het gen Piezo1 (genoemd naar het Griekse woord voor druk) werd de kweekcel spontaan ongevoelig voor het gepor met de naald. Ook hier ging het om ‘poortwachters’ in het celmembraan die de instroom van geladen deeltjes kan regelen en daarmee de zenuwcel activeert tot vuren richting het brein.

Gen Piezo1 blijkt dus ons gevoel voor mechanische druk te geven. Kort daarna ontdekte Patapoutian en zijn collega’s met Piezo2 nog een tweede tastreceptor-gen. Deze is verantwoordelijk voor ons gevoel voor evenwicht en lichaamshouding. Iets was proprioceptie wordt genoemd. Ook werd ontdekt dat beide genen betrokken zijn bij een hele reeks aan fysiologische processen, van bloeddruk tot ademhaling en blaascontrole.

Baanbrekende onderzoeken

De onderzoeken van zowel Julius als Patapoutian zijn baanbrekend volgens het Nobelprijscomité omdat ze “ons het begrip geven van hoe hitte, kou en mechanische druk tot zenuwprikkels leiden die maken dat we onze omgeving kunnen waarnemen en daarop reageren. Dankzij deze kennis was het mogelijk om behandelingen te ontwikkelen voor een hele reeks aan ziektes, waaronder chronische pijn.”

Klinische neurofysioloog Michel van Putten (Universiteit Twente) vindt dat het duo terecht de Nobelprijs ontvangt. “Dit is heel mooi fundamenteel onderzoek naar hoe we aanraking en warmte/koude kunnen voelen. Deel van deze signalen kunnen we bewust ervaren, maar er zijn ook veel druk- en temperatuurreceptoren binnenin het lichaam. Die regelen heel precies via een groot aantal terugkoppelingsmechanismen het interne milieu. Deze onderzoekers hebben de genen ontdekt die de basis hiervoor vormen.”

Bron: Nobelprize.org

Beeld: Niklas Elmehed

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!