Ricercatori dell’Università del Michigan hanno identificato la proteina che consente ai mammiferi di percepire il freddo, colmando una lacuna di conoscenza di lunga data nel campo della biologia sensoriale.
I risultati, pubblicati in Neuroscienze della naturapotrebbe aiutare a svelare come percepiamo e soffriamo il freddo in inverno e perché alcuni pazienti sperimentano il freddo in modo diverso in particolari condizioni patologiche.
“Il campo ha iniziato a scoprire questi sensori di temperatura più di 20 anni fa, con la scoperta di una proteina sensibile al calore chiamata TRPV1”, ha affermato il neuroscienziato Shawn Xu, professore presso l’UM Life Sciences Institute e autore senior della nuova ricerca.
“Vari studi hanno trovato le proteine che rilevano temperature calde, calde e persino fredde, ma non siamo stati in grado di confermare ciò che rileva temperature inferiori a circa 60 gradi Fahrenheit.”
In uno studio del 2019, i ricercatori del laboratorio di Xu hanno scoperto la prima proteina recettore del rilevamento del freddo in Caenorhabditis elegans, una specie di vermi lunghi un millimetro che il laboratorio studia come sistema modello per comprendere le risposte sensoriali.
Poiché il gene che codifica per la proteina C. elegans è evolutivamente conservato in molte specie, inclusi topi e esseri umani, quella scoperta ha fornito un punto di partenza per verificare il sensore del freddo nei mammiferi: una proteina chiamata GluK2 (abbreviazione di Glutamate ionotropic recettore kainato tipo subunità 2 ).
Per questo ultimo studio, un team di ricercatori del Life Sciences Institute e dell’UM College of Literature, Science, and the Arts ha testato la propria ipotesi su topi a cui mancava il gene GluK2 e quindi non potevano produrre alcuna proteina GluK2. Attraverso una serie di esperimenti per testare le reazioni comportamentali degli animali alla temperatura e ad altri stimoli meccanici, il team ha scoperto che i topi rispondevano normalmente alle temperature calde, calde e fredde, ma non mostravano alcuna risposta al freddo nocivo.
GluK2 si trova principalmente sui neuroni del cervello, dove riceve segnali chimici per facilitare la comunicazione tra i neuroni. Ma è espresso anche nei neuroni sensoriali del sistema nervoso periferico (al di fuori del cervello e del midollo spinale).
“Ora sappiamo che questa proteina svolge una funzione completamente diversa nel sistema nervoso periferico, elaborando segnali di temperatura invece di segnali chimici per percepire il freddo”, ha affermato Bo Duan, professore associato di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo e co-autore senior. dello studio.
Sebbene GluK2 sia meglio conosciuto per il suo ruolo nel cervello, Xu ipotizza che questo ruolo di rilevamento della temperatura potrebbe essere stato uno degli scopi originali della proteina. Il gene GluK2 ha parenti lungo l’albero evolutivo, risalendo fino ai batteri unicellulari.
“Un batterio non ha cervello, quindi perché dovrebbe sviluppare un modo per ricevere segnali chimici da altri neuroni? Ma avrebbe un grande bisogno di percepire il suo ambiente, e forse sia la temperatura che le sostanze chimiche”, ha detto Xu, che è anche professore di biologia. fisiologia molecolare e integrativa presso la UM Medical School. “Quindi penso che il rilevamento della temperatura possa essere una funzione antica, almeno per alcuni di questi recettori del glutammato, che alla fine è stata cooptata quando gli organismi hanno sviluppato sistemi nervosi più complessi.”
Oltre a colmare una lacuna nel puzzle del rilevamento della temperatura, Xu ritiene che la nuova scoperta potrebbe avere implicazioni per la salute e il benessere umano. I malati di cancro sottoposti a chemioterapia, ad esempio, spesso sperimentano reazioni dolorose al freddo.
“Questa scoperta di GluK2 come sensore del freddo nei mammiferi apre nuove strade per comprendere meglio perché gli esseri umani sperimentano reazioni dolorose al freddo, e forse offre anche un potenziale bersaglio terapeutico per trattare quel dolore nei pazienti la cui sensazione di freddo è sovrastimolata”, ha detto Xu.
La ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health. Tutte le procedure eseguite sui topi sono state approvate dal Comitato istituzionale per la cura e l’uso degli animali ed eseguite in conformità con le linee guida istituzionali.
Gli autori dello studio sono: Wei Cai, Wenwen Zhang, Chia Chun Hor, Tong Pan, Mahar Fatima, Bo Duan e XZ Shawn Xu dell’Università del Michigan; e Qin Zheng e Xinzhong Dong della Johns Hopkins University School of Medicine
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