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Le prix Nobel de médecine 2021 aide à élucider les mystères sur la façon dont le corps ressent la température et la pression
Les humains comptent sur nos sens pour nous parler du monde. De quel côté est cette cascade ? Est-ce le jour ou la nuit ? Cette nourriture est-elle fraîche ou avariée ?
Anton Eine/EyeEm via Getty Images – La conversation
Ces questions sont plus difficiles à répondre si nos systèmes sensoriels ne peuvent pas détecter le bruit de l'eau qui coule, le miroitement du clair de lune ou l'odeur de lait gâté. Avant cette semaine, le Comité Nobel de physiologie ou de médecine avait reconnu des avancées importantes dans notre compréhension de la façon dont les sensations sont détectées dans trois systèmes sensoriels : ouïevision et odeur.
Maintenant, le Comité Nobel a décerné le prix de médecine de cette année à deux scientifiques qui ont fait progresser notre compréhension de ce processus de détection de la « somatosensation », le sens responsable des perceptions du toucher, de la température, des vibrations, de la douleur et de la proprioception – le capacité du corps à ressentir ses propres mouvements et sa position dans l'espace.
Le 4 octobre 2021, David Juliusprofesseur de physiologie à l'Université de Californie, San Francisco, et Ardem Patapoutian un neuroscientifique du Howard Hughes Medical Institute et de Scripps Research, a reçu le Prix Nobel de physiologie ou de médecine pour ses travaux pionniers identifiant les protéines que le corps utilise pour détecter la température et la pression. Ces deux scientifiques ont dirigé des équipes qui ont démêlé les étapes clés des processus par lesquels la température et la pression sont reconnues par les cellules sensorielles et converties en signaux pouvant être interprétés par le cerveau comme des perceptions telles que la chaleur, le froid ou la texture.
Mon ses propres recherches se sont depuis longtemps concentrées sur la compréhension de ces types de processus liés aux sens de l'odorat et du goût. En utilisant les outils de la biologie moléculaire et des neurosciences – un peu comme certains de ceux employés par Julius et Patapoutian – mes collaborateurs et moi travaillons à comprendre comment les récepteurs olfactifs et gustatifs nous permettent de détecter les divers produits chimiques qui composent les odeurs et les goûts.
Les travaux de Julius et Patapoutian ont considérablement élargi les points de vue des scientifiques sur la façon dont le système nerveux déchiffre le monde externe et interne en nous introduisant à des classes entièrement nouvelles de récepteurs sensoriels. Leurs découvertes ont fourni des informations critiques et nouvelles sur la physiologie de la température, de la douleur et de la sensation tactile.
Le chemin vers la découverte d'un récepteur de détection de chaleur par Julius et ses collègues a commencé par une simple observation que de nombreuses personnes ont faite au cours d'un repas – que les piments peuvent provoquer une sensation de brûlure et de douleur. En effet, nous décrivons souvent les aliments épicés comme étant « piquants » même si la nourriture elle-même est froide. De nombreuses plantes, y compris les piments, les herbes et les épices, produisent des composés qui peuvent être irritants lorsqu'ils sont rencontrés en excès, mais ajoutent de la complexité aux aliments avec modération.Les nocicepteurs sont des neurones sensoriels spéciaux qui transportent des informations sur la douleur, y compris la douleur. de niveaux de chaleur potentiellement dommageables. Les scientifiques qui étudient la douleur savaient depuis des années que la capsaïcine – le produit chimique dans les piments responsable de leur chaleur perçue – active les nocicepteurs. Cependant, le mécanisme par lequel cela se produit était encore inconnu lorsque Julius et ses collègues ont abordé le problème au milieu des années 1990.
L'innovation importante du groupe Julius a été d'utiliser la capsaïcine elle-même comme outil pour isoler le récepteur sensoriel qui détecte la capsaïcine, un exploit qu'ils ont rapporté en 1997. Pour ce faire, ils ont testé des milliers de protéines différentes produites par neurones sensoriels de rongeurs jusqu'à ce qu'ils en trouvent un qui réponde à la capsaïcine et à ses cousins chimiques. Comme prévu, cette protéine a également répondu à des températures élevées, indiquant qu'il s'agissait du capteur de chaleur longtemps recherché dans ces neurones.
Cette protéine, nommée TRPV1, était la première d'un groupe de protéines apparentées découvertes par le laboratoire de Julius et d'autres groupes qui réagissent à divers produits chimiques végétaux et à différentes températures. Par exemple, la protéine TRPM8 est activée à la fois par le froid et le menthol, le produit chimique qui provoque la sensation rafraîchissante de la menthe, tandis que la protéine TRPA1 est activée par les composés piquants trouvés dans l'ail. .
Trouver le toucher
Alors que Patapoutian et ses collègues ont également étudié cette famille de protéines de détection de température, ils ont rapidement tourné leur attention vers un autre aspect de la somatosensation – le toucher.
Mais ils ont été confrontés à un défi unique : toutes les cellules semblent répondre à la pression physique. La question est donc devenue : comment les chercheurs ont-ils pu différencier la fonction d'un capteur de pression spécifique de cette réponse plus générale ?
Ils ont adopté une approche intelligente. Au lieu de tester les produits de gènes uniques pour leur capacité à répondre à la pression – une stratégie qui a si bien fonctionné pour identifier le récepteur de la capsaïcine – Patapoutian et son équipe ont plutôt fait taire les gènes uniques un par un, d'un simple geste. -cellule sensible jusqu'à ce que la cellule perde sa capacité à répondre.
Ils ont ensuite confirmé dans les cellules nerveuses que deux protéines apparentées, nommées Piezo1 et Piezo2, médiaient les réponses à la stimulation physique. Plus tard, le groupe Patapoutian et d'autres ont montré plus directement que les protéines Piezo sont essentielles pour le toucher lui-même.
Ouverture des portes à de nouvelles découvertes scientifiques
Les découvertes de Julius et Patapoutian ont donné aux chercheurs sensoriels des informations fondamentales sur comment les gens interagissent avec leur monde. Mais ils conduiront presque certainement à des avancées médicales importantes.
Par exemple, les globules rouges expriment également Piezo1, ce qui peut les aider à changer de forme pour s'adapter à de minuscules capillaires. Cependant, certaines mutations dans Piezo1 peuvent entraîner des globules rouges déformés et un type rare d'anémiedans lequel le nombre de globules rouges est épuisé.
Les crèmes topiques à la capsaïcine sont déjà utilisées par de nombreuses personnes comme sur- traitements en vente libre pour le soulagement des douleurs musculaires mineures. Mais cette famille de protéines thermosensibles pourrait également s'avérer être des cibles utiles pour de nouveaux médicaments visant à traiter la douleur chronique débilitante.
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Les protéines de la famille Trp sensibles à la température restent importantes pour la détection de composés présents dans une variété de plantes comestibles telles que les piments, la menthe et l'ail. Pour les personnes dont l'odorat ou le goût sont altérés, la stimulation de ces voies peut aider à améliorer l'appétence d'aliments qui, autrement, pourraient sembler sans saveur. L'identification de nouveaux composés aromatiques qui ciblent spécifiquement ces nouvelles protéines peut aider à augmenter le plaisir des aliments et des boissons pour les millions de personnes souffrant de troubles de l'odorat ou du goût, y compris ceux causés par COVID-19.
La nature nous a donné un indice qu'un tout nouveau monde de la biologie attendait d'être découvert. Julius et Patapoutian ont maintenant montré la voie. Il a été rédigé par : Steven D. MungerUniversity of Florida.
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Steven D. Munger est professeur et vice-président du département de pharmacologie et Therapeutics et directeur du Center for Smell and Taste à l'Université de Floride. Il reçoit des fonds de recherche du National Institute on Deafness and Communication Disorders et du US Department of Agriculture. Il est membre du conseil consultatif de l'association caritative Fifth Sense, rédacteur en chef de la revue scientifique "Chemical Senses" et co-édité du livre "Chemosensory Transduction: The Detection of Odors, Tastes and Other Chemostimuli". Il est co-fondateur et PDG de Redolynt, LLC, une société spécialisée dans le développement de tests d'odeur et de goût.
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