Le prix Nobel de physiologie et médecine de cette année est décerné conjointement au physiologiste américain David Julius et au biologiste moléculaire et neuroscientifique arméno-américain Ardem Patapoutian. Leurs découvertes révolutionnaires expliquent comment la chaleur, le froid et le toucher peuvent déclencher des signaux dans notre système nerveux.
Notre capacité à ressentir la chaleur, le froid et le toucher est essentielle à la survie et constitue la base de notre interaction avec le monde qui nous entoure. Dans notre vie quotidienne, nous tenons ces sensations pour acquises, mais la question de savoir comment exactement les impulsions nerveuses sont mises en mouvement pour que la température et la pression puissent être détectées a été résolue par les lauréats du prix Nobel de cette année.
David Julius a utilisé la capsaïcine, un composé de piment piquant qui produit une sensation de brûlure, pour identifier un capteur dans les terminaisons nerveuses de la peau qui réagit à la chaleur. Ardem Patapoutian a utilisé des cellules sensibles à la pression pour découvrir une nouvelle classe de capteurs qui répondent aux stimuli mécaniques de la peau et des organes internes. Ces découvertes révolutionnaires ont suscité d'intenses activités de recherche qui ont conduit à une augmentation rapide de notre compréhension de la façon dont notre système nerveux perçoit la chaleur, le froid et les stimuli mécaniques. Les lauréats ont identifié des chaînons manquants cruciaux dans notre compréhension de l'interaction complexe entre nos sens et l'environnement.
Dans la seconde moitié des années 1990, David Julius de l'Université de Californie à San Francisco a analysé comment le composé chimique capsaïcine provoque la sensation de brûlure que nous ressentons lorsque nous entrons en contact avec des piments. La capsaïcine était déjà connue pour activer les cellules nerveuses qui provoquent des sensations de douleur, mais la façon dont ce produit chimique remplit réellement cette fonction est un mystère non résolu.
PHOTO CI-DESSUS. David Julius a utilisé la capsaïcine des piments pour identifier TRPV1, un canal ionique activé par une chaleur douloureuse. D'autres canaux ioniques apparentés ont été identifiés et nous comprenons maintenant comment différentes températures peuvent déclencher des signaux électriques dans le système nerveux.
Julius et ses collègues ont créé une bibliothèque de millions de fragments d'ADN qui correspondent aux gènes exprimés dans les neurones sensoriels qui peuvent réagir à la douleur, à la chaleur et au toucher. Ils ont émis l'hypothèse que la banque contiendrait un fragment d'ADN codant pour la protéine capable de répondre à la capsaïcine. Ils ont exprimé des gènes individuels de cette bibliothèque dans des cellules cultivées qui ne répondent normalement pas à la capsaïcine. Après une recherche ardue, un seul gène capable de sensibiliser les cellules à la capsaïcine a été identifié. Le gène de la sensibilité à la capsaïcine a été trouvé.
D'autres expériences ont révélé que le gène identifié codait pour une nouvelle protéine de canal ionique et ce récepteur de capsaïcine nouvellement découvert a ensuite été nommé TRPV1. Lorsque Julius a examiné la capacité de la protéine à réagir à la chaleur, il s'est rendu compte qu'il avait découvert un récepteur de chaleur qui s'active à des températures ressenties comme douloureuses.
La découverte de TRPV1 a été une percée majeure qui a ouvert la voie au démantèlement d'autres récepteurs sensibles à la température. Indépendamment, David Julius et Ardem Patapoutian ont utilisé le menthol chimique pour identifier TRPM8, un récepteur qui s'est avéré activé par le froid. D'autres canaux ioniques, liés à TRPV1 et TRPM8, ont été identifiés et se sont avérés activés par une gamme de températures différentes.
De nombreux laboratoires ont étudié le rôle de ces canaux dans la sensation de chaleur en utilisant des souris génétiquement modifiées dépourvues de ces gènes nouvellement découverts. La découverte de TRPV1 par David Julius a été la percée qui nous a permis de comprendre comment les différences de température peuvent induire des signaux électriques dans le système nerveux.
PHOTO CI-DESSUS. Patapoutian a utilisé des cellules mécanosensibles en culture pour identifier un canal ionique activé par une force mécanique. Piezo1 a été identifié après un examen approfondi. Sur la base de la similitude avec Piezo1, un deuxième canal ionique a été trouvé (Piezo2).
Au fur et à mesure que les mécanismes de la sensation de température se déroulaient, il restait difficile de savoir comment les stimuli mécaniques pouvaient être transposés dans nos sens du toucher et de la pression. Les chercheurs avaient déjà trouvé des capteurs mécaniques dans les bactéries, mais les mécanismes sous-jacents au toucher chez les vertébrés restaient inconnus. Ardem Patapoutian, qui travaille chez Scripps Research à La Jolla, en Californie, voulait identifier les récepteurs insaisissables qui sont activés par des stimuli mécaniques.
Patapoutian et ses collaborateurs ont d'abord identifié une lignée cellulaire qui émettait un signal électrique mesurable lorsque des cellules individuelles étaient piquées avec une micropipette. Le récepteur activé mécaniquement a été supposé être un canal ionique et dans une étape ultérieure, 72 gènes candidats ont été identifiés qui codent pour des récepteurs potentiels. Ces gènes ont été inactivés un à un pour découvrir le gène responsable de la mécanosensibilité dans les cellules étudiées.
PHOTO CI-DESSUS. Les découvertes révolutionnaires des lauréats du prix Nobel de cette année ont expliqué comment la chaleur, le froid et le toucher peuvent déclencher des signaux dans notre système nerveux. Les canaux ioniques identifiés sont importants pour de nombreux processus physiologiques et pathologies.
Après une recherche ardue, Patapoutian et ses collaborateurs ont pu identifier un seul gène dont le silençage rendait les cellules insensibles au piqûre de la micropipette. Un nouveau canal ionique mécanosensible totalement inconnu avait été découvert et baptisé Piezo1, d'après le mot grec signifiant pression. En raison de la similitude avec Piezo1, un deuxième gène a été découvert et nommé Piezo2. Les neurones sensoriels expriment des niveaux élevés de piezo2, et d'autres études ont déterminé que piezo1 et piezo2 sont des canaux ioniques qui sont directement activés par l'application d'une pression sur les membranes cellulaires.
La percée de Patapoutian a conduit à une série d'articles démontrant que le canal ionique Piezo2 est essentiel pour le sens du toucher. De plus, il a été démontré que Piezo2 jouait un rôle clé dans la perception très importante de la position et du mouvement du corps connue sous le nom de proprioception. Il a également été démontré que les canaux Piezo1 et Piezo2 régulent d'autres processus physiologiques importants tels que la pression artérielle, la respiration et le contrôle de la vessie.
Les découvertes révolutionnaires des canaux TRPV1, TRPM8 et Piezo par les lauréats du prix Nobel de cette année nous ont permis de comprendre comment la chaleur, le froid et la force mécanique peuvent initier les impulsions nerveuses qui nous permettent de percevoir le monde qui nous entoure et de nous adapter en conséquence. Les canaux TRP sont au cœur de notre capacité à détecter la température. Le canal piezo2 nous donne le sens du toucher et la capacité de sentir la position et le mouvement des parties de notre corps. Les canaux TRP et Piezo contribuent également à de nombreuses autres fonctions physiologiques qui dépendent de la détection de la température ou des stimuli mécaniques. Des recherches intenses en cours résultant des découvertes primées visent à élucider leurs fonctions dans une variété de processus physiologiques. Ces connaissances sont utilisées pour développer des traitements pour un large éventail de maladies, y compris la douleur chronique.
