Il Nobel per la Medicina a David Julius e Ardem Patapoutian

Il premio Nobel per la Medicina 2021 è stato assegnato a David Julius e Ardem Patapoutian “per le loro scoperte sui recettori che regolano la percezione della temperatura e del tatto”. Grazie ai loro studi sappiamo come funzionano il tatto e la nostra capacità di percepire le variazioni di temperatura, qualità che diamo per scontate, ma che sono essenziali per farci un’idea di ciò con cui veniamo in contatto e di eventuali pericoli.

Julius ha utilizzato la capsaicina, la sostanza irritante presente nei peperoncini, per identificare i recettori sulle terminazioni nervose della pelle che si attivano con il calore. Ardem, invece, ha approfondito gli studi su particolari tipi di cellule sensibili alla pressione e che partecipano nella stimolazione dei recettori che rispondono a stimoli meccanici, sia sulla pelle sia nei nostri organi interni. Dalle loro ricerche hanno avuto poi origine numerosi studi, che ci hanno aiutato a comprendere meglio il ruolo centrale dei sensi nella nostra esistenza

Il funzionamento dei sensi ha incuriosito per moltissimo tempo gli studiosi, ma solamente nel diciassettesimo secolo si iniziarono a diffondere teorie scientificamente più attendibili. René Descartes ipotizzò che ci fosse una sorta di collegamento meccanico tra varie parti della nostra pelle e il cervello, che portava ad avere consapevolezza di uno stimolo quando per esempio si toccava la fiamma di una candela. Grazie ai progressi della scienza in numerosi ambiti, nei secoli seguenti divenne evidente che il sistema fosse molto più complesso e basato su stimoli fisici e chimici.

Nella prima metà del Novecento furono scoperti diversi tipi di fibre nervose in grado di reagire a vari stimoli. In seguito fu rilevata l’esistenza di cellule nervose altamente specializzate per rilevare e trasmettere particolari stimoli. In molti casi è la combinazione dell’attività di cellule nervose di vario tipo a farci percepire se una superficie sia liscia o ruvida, calda o fredda.

Mentre nello studio di alcuni sensi ci furono progressi relativamente rapidi, per lungo tempo il tatto e la percezione della temperatura degli oggetti rimase un mistero. Non era chiaro come stimoli prettamente meccanici venissero tradotti in stimoli elettrici, che viaggiando attraverso il nostro sistema nervoso raggiungono poi il cervello.

Alla fine degli anni Novanta, David Julius stavo conducendo studi sulla capsaicina, la sostanza presente nei peperoncini che dà una sensazione di calore quando vi si entra in contatto. Insieme ai suoi colleghi, Julius realizzò un grande archivio di frammenti di DNA, corrispondenti ai geni coinvolti nella nostra percezione del dolore, del calore e del tatto. L’ipotesi è che in questo materiale genetico ci fossero anche le istruzioni per la produzione della proteina che reagisce alla capsaicina. Dopo una lunga ricerca, fu identificato un gene che rende le cellule sensibili alla capsaicina e in seguito il recettore coinvolto nel processo (TRPV1).

Julius valutò poi la capacità di questa proteina di rispondere al calore notando di avere scoperto uno dei recettori che si attivano per farci percepire una sensazione dolorosa quando entriamo in contatto con oggetti ad alta temperatura. La scoperta di TRPV1 aprì la strada all’identificazione di molti altri recettori sensibili alle variazioni di temperatura.

C’era però un altro mistero legato al tatto che continuava a rimanere tale: il sistema che rende possibile la sensazione di essere a contatto con qualcosa. In passato qualche indizio era stato trovato in alcune specie di batteri, mentre per i vertebrati non si avevano grandi conoscenze. Ardem Patapoutian riuscì a identificare un tipo di cellule che produceva un segnale elettrico quando queste venivano sottoposte a una leggera pressione. Studi successivi portarono all’identificazione di 72 geni potenzialmente coinvolti nel processo: dopo un lungo lavoro per esclusione, il gruppo di ricerca guidato da Patapoutian identificò un gene che se inibito bloccava la reazione alla pressione.

In questo modo furono scoperte proteine trans-membrana (canale ionico), che permettono o bloccano il passaggio di entità molecolari con una carica elettrica (ioni) attraverso la membrana delle cellule. La pressione esercitata sulle membrane cellulari permette il passaggio o meno degli ioni, un’informazione essenziale per i neuroni sensoriali. In seguito si scoprì che questi specifici canali ionici (Piezo1 e Piezo2) regolano molti altri meccanismi nel nostro organismo, compreso il controllo della pressione sanguigna, la respirazione e la nostra percezione dello spazio che occupiamo e dei movimenti che compiamo.

Sulla base delle scoperte di Julius e Patapoutian, negli ultimi anni sono state condotte ricerche molto importanti per trattare malattie e particolari condizioni legate al sistema nervoso. Alcune ricerche sono dedicate soprattutto allo studio del dolore cronico e di terapie che potrebbero migliorare la vita a milioni di persone.

David Julius è nato nel 1955 a New York, ha conseguito un dottorato nel 1984 presso l’Università della California, Berkeley, ed è docente presso l’Università della California, San Francisco da oltre 30 anni.

Ardem Patapoutian è nato a Beirut nel 1967, si è poi trasferito negli Stati Uniti dove ha conseguito un dottorato nel 1996 presso il California Institute of Technology di Pasadena. Ora è docente presso lo Scripps Research Institute a La Jolla, in California.