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Prix Nobel de médecine 2021 : Comment percevons-nous la température et la douleur ?
Prix Nobel de médecine 2021 : Comment percevons-nous la température et la douleur ?
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Prix Nobel de médecine 2021 : Comment percevons-nous la température et la douleur ?
Interprétation du prix Nobel : Comment percevons-nous la température et la douleur ? Cet article vous amènera à comprendre les résultats du prix Nobel de cette année !
Le prix Nobel de physiologie ou médecine 2021 a été annoncé à 17h30 le 4 octobre, heure de Pékin. Il y a deux gagnants cette année. Il s'agit du David Julius et du Howard Hughes Medical Institute de l'Université de Californie à San Francisco. Ardem Patapoutian du Scripps Research Center les a récompensés pour la découverte des récepteurs thermiques et tactiles et leurs recherches sur leurs mécanismes internes.
Préface
Notre capacité à percevoir la chaleur, le froid et le toucher est essentielle à la survie et renforce notre interaction avec le monde qui nous entoure. Dans la vie quotidienne, nous tenons ces sentiments pour acquis, mais comment les impulsions nerveuses sont-elles générées pour que la température et la pression puissent être détectées ? Le lauréat du prix Nobel de cette année a résolu ce problème.
David Julius utilise la capsaïcine (un composé piquant extrait des poivrons qui peut produire une sensation de brûlure) pour identifier les capteurs des terminaisons nerveuses de la peau qui réagissent à la chaleur ; Ardem Patapoutian utilise des cellules sensibles à la pression pour trouver un nouveau type de capteur qui répond aux stimuli mécaniques des organes internes.
Ces découvertes révolutionnaires ont conduit à d'intenses projets de recherche de suivi, qui ont conduit à une augmentation rapide de notre compréhension de la façon dont le système nerveux perçoit la chaleur, le froid et les stimuli mécaniques. Les deux lauréats ont souligné qu'il existe un chaînon manquant critique dans notre compréhension de l'interaction complexe entre les sens et l'environnement.
Comment percevons-nous le monde ?
L'un des plus grands mystères auxquels sont confrontés les humains est la façon dont nous percevons l'environnement. Depuis des milliers d'années, nos mécanismes sensoriels stimulent notre curiosité. Par exemple, comment les yeux perçoivent la lumière, comment les ondes sonores affectent nos oreilles internes et comment différents composés interagissent avec les récepteurs de notre nez et de notre bouche pour former l'odeur et le goût.
Nous avons aussi d'autres façons de percevoir le monde qui nous entoure. Imaginez-vous marcher pieds nus sur une pelouse pendant l'été chaud. Vous pouvez sentir la chaleur du soleil, la caresse du vent et les brins d'herbe sous vos pieds. Ces impressions de température, de toucher et de mouvement sont essentielles pour nous adapter à un environnement en constante évolution.
Au XVIIe siècle, le philosophe René Descartes a imaginé les lignes reliant différentes parties de la peau au cerveau. De cette façon, lorsque le pied heurte une flamme nue, un signal mécanique est envoyé au cerveau. Des découvertes ultérieures ont révélé l'existence de neurones sensoriels spéciaux, qui enregistrent les changements dans notre environnement.
Joseph Erlanger et Herbert Gasser ont remporté le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1944 parce qu'ils ont découvert que différents types de fibres nerveuses sensorielles peuvent répondre à différents stimuli. Par exemple, la réponse à la douleur et au toucher non douloureux. Depuis lors, il a été prouvé que les cellules nerveuses sont hautement spécialisées, utilisées pour détecter et transduire différents types de stimuli, et permettre une perception subtile de notre environnement environnant. Par exemple, nous avons la capacité de sentir la différence de texture de surface du bout des doigts ; nous pouvons également avoir la capacité de faire la distinction entre une chaleur agréable et une chaleur douloureuse.
Avant les découvertes de David Julius et Ardem Patapoutian, notre compréhension de la façon dont le système nerveux perçoit et interprète notre environnement contenait encore une question fondamentalement non résolue : comment la température et les stimuli mécaniques se transforment-ils en signaux d'impulsions électriques dans le système nerveux ?
La science s'échauffe !
À la fin des années 1990, David Julius de l'Université de Californie à San Francisco a fait des progrès significatifs en analysant comment la capsaïcine, un composé chimique, nous faisait brûler lorsque nous étions en contact avec des piments. On sait que la capsaïcine peut activer les cellules nerveuses et causer de la douleur, mais la façon dont cette substance chimique exerce cette fonction reste un mystère non résolu.
Julius et ses collègues ont créé une bibliothèque de millions de fragments d'ADN correspondant aux gènes exprimés dans les neurones sensoriels qui répondent à la douleur, à la chaleur et au toucher. Julius et ses collègues ont émis l'hypothèse que le pool génétique devrait contenir un segment d'ADN qui code pour une protéine qui répond à la capsaïcine.
Ils ont exprimé ces gènes qui normalement ne répondent pas à la capsaïcine dans les cellules en culture. Après une recherche ardue, ils ont trouvé un gène qui peut rendre les cellules sensibles à la capsaïcine, c'est-à-dire que le gène sensible à la capsaïcine a été trouvé !
D'autres expériences ont montré que le gène code pour une nouvelle protéine de canal ionique, et ce récepteur de capsaïcine nouvellement découvert a ensuite été nommé TRPV1. Lorsque Julius a étudié la capacité de cette protéine à réagir à la chaleur, il s'est rendu compte qu'il avait découvert un type de thermorécepteur, qui était activé à une température qui ressentait la douleur.
La découverte de TRPV1 est une percée majeure, ouvrant et ouvrant la voie à d'autres recherches sur les récepteurs sensibles à la température. David Julius et Ardem Patapoutian ont utilisé indépendamment le menthol chimique pour identifier TRPM8, un récepteur qui s'est avéré être activé par le froid.
Nous avons également découvert des canaux ioniques liés à TRPV1 et TRPM8, et constaté qu'ils peuvent être activés par une gamme de températures différentes. De nombreux laboratoires mènent des recherches en utilisant des souris génétiquement manipulées dépourvues de ces gènes nouvellement découverts pour étudier le rôle de ces canaux dans la sensation de chaleur.
David Julius a découvert que TRPV1 est une percée, il nous permet de comprendre comment les différences de température induisent des signaux électriques dans le système nerveux.
Recherche sous pression !
Bien que le mécanisme de perception de la température se déploie progressivement, on ne sait toujours pas comment les stimuli mécaniques se traduisent par notre sens du toucher et de la pression. Auparavant, les chercheurs avaient trouvé des capteurs mécaniques chez les bactéries, mais chez les vertébrés, le mécanisme sous-jacent du toucher reste incertain.
Ardem Patapoutian travaille au Scripps Research Center de La Jolla, en Californie, et il espère trouver des récepteurs insaisissables activés par stimulation mécanique.
Patapoutian et ses collègues ont découvert pour la première fois une lignée cellulaire qui émet un signal électrique mesurable lorsqu'une seule cellule est piquée par un microtubule. Ils ont émis l'hypothèse que le récepteur activé par la force mécanique était un canal ionique.
Par la suite, ils ont criblé et identifié 72 gènes candidats codant pour des récepteurs possibles. En inactivant ces gènes un à un, le gène responsable de la sensibilité à la force a été découvert dans la cellule étudiée.
Après des recherches ardues, Patapoutian et ses collègues ont réussi à identifier un gène dont le silence rend les cellules insensibles à la pression des microtubules. Les gens ont découvert un canal ionique sensible à la force complètement nouveau et complètement inconnu et l'ont nommé Piezo1, qui est dérivé du mot pression en grec.
En comparant la similitude avec Piezo1, les gens ont découvert le deuxième gène et l'ont nommé Piezo2. Il a été constaté que les neurones sensoriels exprimaient des niveaux élevés de Piezo2. D'autres recherches ont déterminé que Piezo1 et Piezo2 sont des canaux ioniques qui sont directement activés en appliquant une pression sur la membrane cellulaire.
La percée de Patapoutian l'a incité, ainsi que d'autres équipes, à publier une série d'articles prouvant que le canal ionique Piezo2 est essentiel au sens du toucher.
De plus, il a été démontré que Piezo1 joue un rôle clé dans la position du corps et la perception du mouvement, à savoir la proprioception. Dans d'autres recherches, il a été démontré que les canaux Piezo1 et Piezo2 régulent d'autres processus physiologiques importants, notamment la pression artérielle, la respiration et le contrôle de la vessie.
Tout devient clair!
Les découvertes révolutionnaires des lauréats du prix Nobel de cette année sur les canaux TRPV1, TRPM8 et piézoélectriques nous ont permis de comprendre comment la chaleur, le froid et les forces mécaniques déclenchent l'influx nerveux, nous permettant de percevoir et de nous adapter au monde qui nous entoure.
La voie TRP est au cœur de notre capacité à percevoir la température ; la voie Piezo2 nous donne la capacité de sentir le toucher et de percevoir la position et le mouvement des parties du corps.
Les voies TRP et Piezo contribuent également à de nombreuses fonctions physiologiques supplémentaires, qui dépendent de la détection de la température ou de stimuli mécaniques.
La recherche approfondie sur les découvertes du prix Nobel de cette année s'est concentrée sur l'élucidation de leurs fonctions dans divers processus physiologiques, et ces connaissances sont utilisées pour développer des traitements pour diverses maladies, y compris la douleur chronique.
Présentation des gagnants
David Julius : Né à New York, États-Unis en 1955. En 1984, il a obtenu son doctorat. de l' Université de Californie à Berkeley , et a été boursier postdoctoral à l'Université Columbia à New York. David Julius a rejoint l'Université de Californie à San Francisco en 1989 et y est maintenant professeur.
Ardem Patapoutian : Né à Beyrouth, Liban en 1967. Quand il était jeune, il a déménagé de Beyrouth déchirée par la guerre à Los Angeles, et en 1996, il a reçu un doctorat du California Institute of Technology à Pasadena. Il est chercheur postdoctoral à l'Université de Californie à San Francisco. Depuis 2000, il travaille au Scripps Research Center, où il est aujourd'hui professeur. Depuis 2014, il est chercheur au Howard Hughes Medical Institute.
Articles clés primés :
1. Caterina MJ, Schumacher MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. Le récepteur de la capsaïcine : un canal ionique activé par la chaleur dans la voie de la douleur. Nature 1997 : 389 : 816-824.
2. Tominaga M, Caterina MJ, Malmberg AB, Rosen TA, Gilbert H, Skinner K, Raumann BE, Basbaum AI, Julius D. Le récepteur cloné de la capsaïcine intègre plusieurs stimuli douloureux. Neuron 1998 : 21 : 531-543.
3. Caterina MJ, Leffler A, Malmberg AB, Martin WJ, Trafton J, Petersen-Zeitz KR, Koltzenburg M, Basbaum AI, Julius D. Nociception altérée et sensation de douleur chez les souris dépourvues du récepteur de la capsaïcine. Sciences 2000 : 288 : 306-313
4. McKemy DD, Neuhausser WM, Julius D. L'identification d'un récepteur froid révèle un rôle général des canaux TRP dans la thermosensation. Nature 2002 : 416 : 52-58
5. Peier AM, Moqrich A, Hergarden AC, Reeve AJ, Andersson DA, Story GM, Earley TJ, Dragoni I, McIntyre P, Bevan S, Patapoutian A. Un canal TRP qui détecte les stimuli froids et le menthol. Cellulaire 2002:108 : 705-715
6. Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 et Piezo2 sont des composants essentiels de canaux cationiques distincts activés mécaniquement. Sciences 2010 : 330 : 55-60
7. 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, Patapoutian A. Piezo2 est le principal transducteur de forces mécaniques pour la sensation tactile chez la souris. Nature 2014 : 516 : 121-125
8. Woo SH, Lukacs V, de Nooij JC, Zaytseva D, Criddle CR, Francisco A, Jessell TM, Wilkinson KA, Patapoutian A. Piezo2 est le principal canal de méchonotransduction pour la proprioception. Neurosciences de la nature 2015 : 18 : 1756-1762
(source : internet, référence uniquement)
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