اكتشف ديفيد جوليوس وإردم باتابتيان (المولود في بيروت، لبنان) المستقبلات TRPV1 وTRPM8 التي مكّنتنا من فهم كيف يمكن للحرارة والبرودة والقوة الميكانيكية إطلاق النبضات العصبية التي تسمح لنا بالإحساس بالعالم من حولنا والتكيف معه. وهناك أيضاً نقطة إسرائيلية
منحت جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب لعام 2021 مناصفة ومناصفة إلى ديفيد جوليوس (ديفيد جوليوس) وأرديم باتابوتيان (أرديم باتابوتيان) لاكتشافات المستقبلات والقنوات الأيونية لدرجة الحرارة واللمس.
ولد أرديم باتابوتيان عام 1967 في بيروت، لبنان. حصل على درجة الدكتوراه عام 1996 من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، باسادينا، الولايات المتحدة الأمريكية. أصبح زميلًا لما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو. منذ عام 2000 كان أستاذا في معهد سكريبس للأبحاث، لا جولا، كاليفورنيا.
إن اكتشافات الفائزين لهذا العام لمستقبلات TRPV1 وTRPM8 أتاحت لنا فهم كيف يمكن للحرارة والبرودة والقوة الميكانيكية أن تطلق نبضات عصبية تسمح لنا بالإحساس بالعالم من حولنا والتكيف معه.
النقطة الإسرائيلية
النقطة الإسرائيلية فيما يتعلق بجائزة نوبل هذه بالذات موجودة في اسم المستقبلات TRPV1، TRPM8 التي تنتمي إلى عائلة قنوات الكاتيون (الكالسيوم). قناة إمكانات المستقبلات العابرة والتي تسمى بنفس الاسم أنشأها العالم الإسرائيلي البروفيسور باروخ مينكا من كلية الطب في الجامعة العبرية الذي اكتشف أولها على أنها تشارك في مستقبلات الضوء في عيون ذبابة الفاكهة. (شكرا لعوفر ماركمان).
إن قدرتنا على الإحساس بالحرارة والبرودة واللمس ضرورية لبقائنا وتدعم تفاعلاتنا مع العالم من حولنا. في حياتنا اليومية، نعتبر هذه الأحاسيس أمرًا مفروغًا منه، ولكن هل فكرت يومًا في كيفية تسبب نبضاتنا العصبية في إدراك درجة الحرارة والضغط الذي نختبره؟ الإجابة على هذا السؤال قدمها الحائزون على جائزة نوبل لهذا العام. استخدم ديفيد جوليوس مادة الكابسيسين (الكابسيسين، وهو مركب عضوي دهني مسؤول عن توابل الفلفل الحار وأنواع الفلفل الأخرى) من أجل التعرف على العامل الحسي في النهايات العصبية للجلد استجابة للحرارة. استخدم إرديم باتابوتيان الخلايا الحساسة للضغط لتحديد عائلة جديدة من العوامل الحسية التي تستجيب للتحفيز الميكانيكي في الجلد والأعضاء الداخلية. أطلقت هذه الاكتشافات الرائدة أنشطة بحثية واسعة النطاق أدت إلى طفرة سريعة في رؤى العالم العلمي حول كيفية استجابة نظامنا العصبي للحرارة والبرودة والقوة الميكانيكية. حدد الفائزون حلقات السلسلة المفقودة الحيوية في فهمنا للعلاقات المتبادلة المعقدة بين حواسنا وبيئتنا.
كيف نختبر العالم؟
أحد الألغاز الكبرى التي تواجه البشرية هو مسألة كيفية إدراكنا لبيئتنا. لقد أثارت الآليات الكامنة وراء حواسنا اهتمام البشرية منذ آلاف السنين، على سبيل المثال، كيف تكتشف أعيننا الضوء، وكيف تؤثر الموجات الصوتية على أذننا الداخلية، وكيف تتفاعل المركبات الكيميائية المختلفة مع المستقبلات الموجودة في أنفنا وفمنا، وبالتالي تؤثر على الرائحة. والذوق الذي ندركه . لدينا أيضًا طرق أخرى نختبر من خلالها العالم من حولنا. تخيل أنك تمشي حافي القدمين على العشب في يوم صيفي حار. يمكنك أن تشعر بحرارة الشمس وهبوب الرياح وأشواك العشب تحت قدميك. يعد استشعار درجة الحرارة واللمس والحركة ضروريًا لتكيفنا مع البيئة المتغيرة باستمرار.
في القرن السابع عشر، تصور الفيلسوف رينيه ديكارت أسلاكًا تربط أجزاء مختلفة من الجلد بالدماغ. بهذه الطريقة، سترسل القدم التي تلامس اللهب إشارة ميكانيكية إلى الدماغ (الشكل 1). كشفت الاكتشافات اللاحقة أن هناك خلايا عصبية حسية مخصصة تدرك التغيرات التي تحدث في بيئتنا. فاز جوزيف إيرلانجر وهيربرت سبنسر جيسر بجائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب لعام 1944 لاكتشافهما أنواعًا مختلفة من الألياف العصبية الحسية التي تستجيب لمحفز محدد، على سبيل المثال، استجابة للمس المؤلم وغير المؤلم. منذ ذلك الحين، ثبت أن الخلايا العصبية هي خلايا مخصصة لاكتشاف ونقل المحفزات المختلفة، مما يسمح لنا بإدراك وفهم التفاصيل الدقيقة لبيئتنا؛ على سبيل المثال، قدرتنا على الشعور بالتغيرات في نسيج الأسطح بأصابعنا، أو قدرتنا على التمييز بين الحرارة اللطيفة والمؤلمة.
قبل اكتشافات ديفيد يوليوس وإردم باتابوتيان، كان فهمنا لكيفية استشعار نظامنا العصبي للمحفزات من بيئتنا وتفسيرها يتضمن سؤالًا أساسيًا لم يتم حله: كيف يتم تحويل محفزات درجة الحرارة والقوة الميكانيكية إلى نبضات كهربائية في الجهاز العصبي؟
العلم يسخن!
وفي أواخر التسعينات من القرن الماضي، أدرك ديفيد يوليوس من جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو بالولايات المتحدة الأمريكية، إمكانية تحقيق تقدم جدي في هذا المجال من خلال دراسة كيفية تسبب مركب الكابسيسين، الموجود في الفلفل الحار، في الإحساس بالبهارات التي تسببها. نحن نشعر . وفي هذه المرحلة، كان من المعروف بالفعل أن مركب الكابسيسين ينشط الخلايا العصبية التي تسبب الإحساس بالألم، لكن الطريقة الكيميائية الدقيقة التي تحدث بها هذه العملية لم يتم الكشف عنها بالكامل بعد. أنشأ يوليوس وفريق الباحثين في مختبره مكتبة تضم ملايين من قطع الحمض النووي التي تتوافق مع الجينات التي يتم التعبير عنها في الخلايا العصبية الحسية المسؤولة عن التسبب في الألم والحرارة واللمس. افترض يوليوس وزملاؤه أن المكتبة ستتضمن قطعة من الحمض النووي تشفر البروتين القادر على التفاعل مع الكابسيسين. لقد عبروا عن الجينات المحددة من هذه المكتبة داخل الخلايا المستنبتة التي لا تستجيب عادة للمركب. وبعد بحث محموم، تم العثور على جين واحد يتفاعل مع الكابسيسين (الشكل 2). وأخيراً تم العثور على الحديقة الحسية في كبخاخات. وكشفت تجارب أخرى أن الجين الموجود يشفر بروتين قناة أيونية جديد يسمى TRPV1. عندما قام يوليوس بالتحقق من قدرة البروتين على الاستجابة للحرارة، أدرك أنه اكتشف مستقبل استشعار الحرارة الذي يعمل عند درجات حرارة يُنظر إليها على أنها مؤلمة (الشكل 2).
وكان اكتشاف هذه القناة الأيونية بمثابة إنجاز كبير أدى إلى التعرف على مستقبلات أخرى لاستشعار درجة الحرارة. وبشكل منفصل، استخدم كل من ديفيد جوليوس وإردم باتابوتيان المنثول الكيميائي لتحديد TRPM8، وهو مستقبل يظهر أنه ينشط بالبرد. تم تحديد قنوات أيونية إضافية مشابهة للقنوات السابقة (TRPV1، TRPM8) ووجد أنها تنشط بمجموعة من درجات الحرارة المختلفة. تدير العديد من المختبرات برامج بحثية قوية لدراسة أدوار هذه القنوات في استشعار الحرارة باستخدام فئران معدلة وراثيًا تفتقر إلى هذه الجينات الجديدة. كان اكتشاف ديفيد جوليوس لـ TRPV1 هو الإنجاز الذي سمح لنا بفهم كيف يمكن للتغيرات في درجة الحرارة أن تحفز الإشارات الكهربائية في الجهاز العصبي.
البحث تحت الضغط!
وبينما تم الكشف عن آليات استشعار درجة الحرارة، فإن الآلية التي يتم من خلالها تحويل التحفيز الميكانيكي إلى حاستي اللمس والضغط لا تزال غامضة. وقد اكتشف الباحثون سابقًا عوامل حسية ميكانيكية في البكتيريا، لكن الآليات الكامنة وراء الاتصال في الفقاريات لا تزال غير معروفة. أراد إرديم باتابوتيان تحديد المستقبلات المراوغة التي يتم تنشيطها عن طريق التحفيز الميكانيكي. حدد الباحثون أولاً خطًا خلويًا يصدر إشارة كهربائية قابلة للقياس عندما تلامس الماصة الدقيقة خلايا محددة. وافترض الباحثون أن المستقبل الذي يتم تشغيله بواسطة القوة الميكانيكية هو من نوع القناة الأيونية، وفي الخطوة التالية حددوا اثنين وسبعين جينة تشفر المستقبلات المناسبة. تم تعطيل هذه الجينات واحدة تلو الأخرى من أجل تحديد الجين الوحيد المسؤول عن الحساسية للقوة الميكانيكية في الخلايا التي تم اختبارها. وبعد عمل بحثي مكثف للغاية، تمكن باتابوتيان وزملاؤه من تحديد جين واحد أدى تعطيل نشاطه إلى منع انبعاث الإشارة الكهربائية عند الاتصال بالماصة الدقيقة. وكجزء من هذه التجارب، تم التعرف على قناة أيونية جديدة وغير معروفة تمامًا وهي المسؤولة عن الاستشعار الميكانيكي، والتي أطلق عليها اسم Piezo1، نسبة إلى الكلمة اليونانية التي تعني الضغط. وفي وقت لاحق، تم التعرف على قناة أيونية مماثلة وأطلق عليها اسم Piezo2. تم العثور على الخلايا العصبية الحسية للتعبير عن مستويات عالية من Piezo2، وأظهرت دراسات أخرى أن هذه القنوات الأيونية يتم تنشيطها مباشرة من خلال الاستجابة للضغط الذي يمارس على أغشية الخلايا (الشكل 3).
أدى التقدم الذي حققه باتابوتيان إلى ظهور العديد من الأبحاث من قبله وغيره من الباحثين، مما يدل على أن قناة Piezo2 الأيونية ضرورية للهمس باللمس. علاوة على ذلك، أظهر الباحثون أن Piezo2 يلعب دورًا رئيسيًا في الإحساس المهم جدًا بوضعية الجسم وحركته، وهو ما يعرف باستقبال الحس العميق. وفي دراسات أخرى، تم الكشف عن أن هذه القنوات مسؤولة عن تنظيم العمليات الفسيولوجية المهمة الأخرى، بما في ذلك ضغط الدم والتنفس والتحكم في المثانة.
كل شيء منطقي!
أتاحت لنا الاكتشافات الرائدة لقنوات TRPV1 وTRPM8 وPiezo الأيونية التي كشف عنها الحائزون على جائزة نوبل لهذا العام أن نفهم كيف يمكن للحرارة والبرودة والقوة الميكانيكية أن تطلق نفس النبضات العصبية التي تسمح لنا بإدراك العالم من حولنا والتكيف معه. هذه القنوات ضرورية لقدرتنا على فهم مفهوم الحرارة والشعور بالاتصال الجسدي، أي القدرة على الشعور بموضع وحركة أجزاء الجسم. تساهم هذه القنوات أيضًا في العديد من الوظائف الفسيولوجية الأخرى التي تعتمد على استشعار درجة الحرارة أو التحفيز الميكانيكي. يمكن لنا استخدام الأفكار التي تم الحصول عليها من هذا البحث لتطوير علاجات لمجموعة واسعة من الأمراض، بما في ذلك الألم المزمن (الشكل 4).
ولد ديفيد جوليوس عام 1955 في نيويورك بالولايات المتحدة الأمريكية. حصل على الدكتوراه عام 1984 من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وأصبح زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة كولومبيا في نيويورك. وفي عام 1989، تم تعيين البروفيسور يوليوس في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو.
ولد أرديم باتابوتيان عام 1967 في بيروت، لبنان. حصل على درجة الدكتوراه عام 1996 من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، باسادينا، الولايات المتحدة الأمريكية. أصبح زميلًا لما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو. منذ عام 2000 كان أستاذا في معهد سكريبس للأبحاث، لا جولا، كاليفورنيا.
المطبوعات الرئيسية
كاترينا إم جي، شوماخر إم إيه، توميناجا إم، روزين تا، ليفين دينار أردني، يوليوس د. مستقبل الكابسيسين: قناة أيونية منشطة بالحرارة في مسار الألم. طبيعة 1997:389:816-824.
توميناجا إم، كاترينا إم جي، مالمبرج أب، روزين تا، جيلبرت إتش، سكينر ك، راومان بي، باسباوم آي، يوليوس د. يدمج مستقبل الكابسيسين المستنسخ محفزات متعددة تسبب الألم. نيورون 1998:21:531-543.
كاترينا إم جي، ليفلر أ، مالمبرج أب، مارتن دبليو جيه، ترافتون جي، بيترسن-زيتز كر، كولتزينبورج إم، باسباوم آي، يوليوس د. ضعف الإحساس بالألم والإحساس بالألم في الفئران التي تفتقر إلى مستقبلات الكابسيسين. العلوم 2000:288:306-313
ماكيمي دي دي، نيوهاوسر دبليو إم، يوليوس د. يكشف تحديد المستقبل البارد عن الدور العام لقنوات TRP في التحسس الحراري. طبيعة 2002:416:52-58
بيير آم، موقريتش أ، هيرجاردن إيه سي، ريف إيه جيه، أندرسون دي إيه، ستوري جي إم، إيرلي تي جيه، دراجوني آي، ماكنتاير بي، بيفان إس، باتابوتيان أ. قناة TRP تستشعر المحفزات الباردة والمنثول. الخلية 2002:108:705-715
كوستي بي، ماثور جي، شميدت إم، إيرلي تي جيه، رانادي إس، بيتروس إم جي، دوبين إيه إي، باتابوتيان أ. يعد Piezo1 وPiezo2 مكونين أساسيين لقنوات الكاتيون المتميزة المنشطة ميكانيكيًا. العلوم 2010:330: 55-60
Ranade SS، Woo SH، Dubin AE، Moshourab RA، Wetzel C، Petrus M، Mathur J، Bégay V، Coste B، Mainquist J، Wilson AJ، Francisco AG، Reddy K، Qiu Z، Wood JN، Lewin GR، باتابوتيان أ. Piezo2 هو محول الطاقة الرئيسي للقوى الميكانيكية للإحساس باللمس في الفئران. طبيعة 2014:516:121-125
ولد ديفيد جوليوس عام 1955 في نيويورك بالولايات المتحدة الأمريكية. حصل على الدكتوراه عام 1984 من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وأصبح زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة كولومبيا في نيويورك. وفي عام 1989، تم تعيين البروفيسور يوليوس في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو.
תגובה אחת
شكرا على المقال.
ملاحظة - بالطبع، لم يتم العثور على الجينات التي تتفاعل، ولكن الجينات التي ترمز للبروتينات/المستقبلات التي تتفاعل