ФИЗИОЛОГИ, АНАГААХ УХААНЫ САЛБАРЫН НОБЕЛИЙН ШАГНАЛТНУУД ТОДОРЛОО

• 

  Нийтлэсэн Б Нямдаваа
• 2021-10-13
• 2274

ФИЗИОЛОГИ, АНАГААХ УХААНЫ САЛБАРЫН НОБЕЛИЙН

ШАГНАЛТНУУД ТОДОРЛОО

 

        Энэ жилийн Нобелийн шагналыг олон хүмүүс Коронавирусын эсрэг вакцин гаргасан эрдэмтэд авах байх гэсэн хүлээлттэй байсан. Харин 2021 оны Физиологи, Анагаах ухааны салбарын Нобелийн шагналыг Дэвид Жулиус ба Ардем Патапушнд “температур болон мэдрэхүйг дамжуулагч рецепторуудыг нээн илрүүлсэн” нээлтэд нь олгожээ.

2021-10-04 өдрийн шийдвэрээр 

Каролинскагийн Институт дахь Нобелийн шагналын бүрэлдэхүүн 

2021 оны Анагаахын салбарын Нобелийн шагналыг хамтарсан байдлаар

Дэвид Жулиус, Ардем Патапушн нарт

"Температур болон Мэдрэхүйн рецепторуудыг" нээсэн тул олгохоор шийдвэрлэв

    Хүрээлэн буй орчны халуун, хүйтэн температур хүрэлцэхүйн мэдрэмж нь бидний мэнд үлдэхэд зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд эргэн тойрон дахь ертөнцтэй харилцах харилцааны үндэс суурь болдог. Тэгвэл бидний мэдрэлийн импульс хэрхэн тус мэдээллүүдийг боловсруулж дамжуулдаг вэ? Тус асуултын хариултыг энэ жилийн Нобелийн шагналт эрдэмтдийн судалгаагаар тайлбарлаж болно.

    Дэвид Жулиусын ажлыг товчоор тайлбарлавал тэрээр халуун чинжүүнд агуулагдах идэвхт нэгдэл болох капсайциныг ашиглан арьсанд үрэвслийг үүсгэснээр үр дүнд нь үүсэх халууны температурт хариу үйлдэл үзүүлдэг арьсны мэдрэлийн төгсгөл дэх хүлээн авагчийг тодорхойлсон юм. Харин Ардем Патапушн даралтад мэдрэг эсийг ашиглан механик даралтад хариу үйлдэл үзүүлдэг шинэ төрлийн хүлээн авагчийг арьс ба дотоод эрхтнүүд тодорхойлсон. Уг нээлтүүдийн ачаар тус сэдвүүдийн хүрээнд эрдэмтэд идэвхтэй судалгаа хийж эхэлсэн ба бидний мэдрэлийн систем хэрхэн халуун, хүйтэн болоод механик өдөөгчдийг мэдэрдэг болохыг ойлгодог болсон.

 

Бидний бие организм хэрхэн хүрээлэн буй орчныхоо мэдээллийг хүлээн авдаг бэ?

 

    Хүн төрөлхтөн олон жилийн турш хэрхэн хүрээлэн буй орчноо мэдэрч хүлээн авдаг талаар бүрэн ойлголтгүй байлаа. Тиймдээ ч бид нүд хэрхэн гэрлийг хүлээж авдаг, чихэнд дууны долгион хэрхэн нөлөөлдөг мөн янз бүрийн химийн нэгдлүүд хамар, амны рецептортой харилцан үйлчлэлцэж, үнэр, амтыг хэрхэн бий болгодог талаар мэддэггүй байлаа.

 

    Түүхэнд 17 -р зуунд философич Рене Декарт арьсны янз бүрийн хэсэг тархитай холбогддог гэдэгт итгэж тус холбоос нь тодорхой хэсэг утаснуудаар дамждаг хэмээн төсөөлөлтэй байжээ (Зураг 1). Хожим нь Жозеф Эрлангер, Херберт Гассер нар 1944 онд ялгаатай олон төрлийн өдөөлтөд хариу үйлдэл үзүүлдэг мэдрэхүйн нейронуудыг илрүүлснээр физиологи, анагаах ухааны чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртсэн юм. Тэр үеэс хойш мэдрэлийн эсүүд нь янз бүрийн өдөөлтийг илрүүлэх, дамжуулах үүрэгтэй болохыг олж нээсэн бөгөөд энэ нь бидэнд хүрээлэн буй орчноо нарийн ойлгох боломжийг олгоcон байна.

 

    Харин Дэвид Жулиус болон Ардем Патапушны нээлтээс өмнө бидний мэдрэлийн систем хэрхэн хүрээлэн буй орчноо хүлээн авч дамжуулдаг талаарх чухал хариулагдаагүй асуулт оршиж байсан. Уг асуулт нь “Температур болон механик өдөөгч нь хэрхэн мэдрэлийн системийн цахилгаан импульсэд хувирдаг вэ?”

1-р зураг: Философич Рене Декартийн төсөөлөл: халуун температур хэрхэн тархинд дохио болж илгээгддэгийг дүрсэлсэн зураг.

 

    Дээр дурдсанчлан Дэвид Жулиус, капсайцин хэрхэн мэдрэлийг эсүүдийг идэвхжүүлж, өвдөлтийн мэдрэмжийг өгдөг гэдгийг бүрэн ойлгож байсан боловч яг яаж мэдрээд байгаа гэдэг нь оньсого хэвээр байв. Юлиус ба тэдний баг туршилтын хүрээнд мэдрэлийн нейронуудад нийлэгждэг өвдөлт, дулаан, хүрэлцэхүйн мэдрэмжид хамаарах генүүдийг кодолдог хэдэн сая ДНХ-ийн фрагментуудын санг үүсгэв. Тэрээр уг ДНХ-ийн санд капсайцинд хариу урвал үзүүлдэг уураг кодлогдож байгаа хэмээн таамаглаж байсан. Туршилтдаа тэрээр Капсайцинд хэвийн үедээ хариу урвал үзүүлдэггүй эсийн өсгөвөр ашиглан уг кандидат генүүдийг ганц ганцаар нь нийлэгжүүлж эхлэв. Асар их туршилт судалгааны дараа эсийг капсайцинд мэдрэг болгодог нэг генийг тодорхойлов (Зураг 2). Дараа дараачийн туршилтаар уг ген нь ионын сувгийн уургийг кодолдог болох нь тодорхойлогдсон ба тус уургийг TRPV1 гэж нэрлэв. Дэвид Жулиус уургийн үйл ажиллагааг үргэлжлүүлэн судалж байхад үрэвслийн үед үүссэн дулаанаар нь идэвхэжсэнийг ойлгож, дулааны рецептор нээснээ хожим мэджээ (Зураг 2).

2-р зураг: Дэвид Жулиус халуун чинжүүнд агуулагдах капсаициныг ашиглан халууны нөлөөнд идэвхэжсэн TRPV1 ионы сувгийг олж илрүүлжээ.

 

    Улмаар Дэвид Жулиус болон Ардем Патапушн нар бие биенээсээ хамааралгүйгээр ментол ашиглан TRPM8 гэх хүйтэн температурт идэвхэждэг рецепторыг нээн илрүүлсэн. Нэмэлтээр TRPV1 болон TRPM8 хамааралт ялгаатай температурын хүрээнд нийлэгждэг ионын сувгийн уургуудыг тодорхойлсон байна. Дэвид Жулиусын TRPV1 -ийг ололт нь ялгаатай температурууд хэрхэн бидний биед мэдээлэл болон дамждаг талаарх ойлголтыг олгосон нээлт байлаа.

 

    Тухайн үед температурыг мэдрэх ойлголт нь илэрхий болсон бол харин механик өдөөгчид хэрхэн бидэнд хүрэлцэхүйн болоод даралтын мэдрэмжийг өгж байгаа нь тодорхой бус байв. Судлаачид өмнө нь бактерид механик сенсоруудыг илрүүлсэн боловч сээр нуруутай амьтдад тус механизм нь ойлгомжгүй хэвээр байлаа. 

 

    Ардем Патапушн ба түүний хамтран ажиллагсад шугаман эсийн өсгөвөр дээр ажиллаж байх явцдаа бие даасан нэг эсийг микропипетикээр хатгаж үзсэн ба хэмжигдэхүйц цахилгаан дохио өгж байгааг анх олж тогтоожээ. Уг механик хүчээр идэвхэжсэн рецепторыг ионы сувагын уураг гэж тодорхойлсон бөгөөд дараагийн туршилтад уг рецепторыг кодлох боломжит 72 генийг судлахаар зорив. Тэд эдгээр генүүдийг нэг нэгээр нь эсэд идэвхгүй болгох замаар механик хүчинд эсийг мэдрэмтгий болгодог генийг нээсэн юм. Тус рецепторыг даралт гэдэг грек үгнээс санаа аван Piezo1 гэж нэрлэж байсан түүхтэй. Улмаар мэдрэлийн эсийн мембран дээр ихээр байрладаг Piezo уургууд нь даралтаар шууд идэвхэждэг ионы сувгийн рецепторууд болох нь баттай тогтоогдсон (Зураг 3).

3-р зураг:  Патапушн механикд мэдрэмтгий эсүүдийг ашиглан механик хүчээр идэвхэждэг ионы сувгийн уургийг тодорхойлсон байна.

 

    Тэдний цаашдын судалгааны үр дүнгээр Piezo1 ба Piezo2 сувгууд нь цусны даралт, амьсгал, давсагны агшилт зэрэг физиологийн нэмэлт чухал үйл явцыг зохицуулдаг болох нь тодорхойлогдсон.

 

    Энэ жилийн Нобелийн шагналтнуудын TRPV1, TRPM8, Piezo сувгуудыг илрүүлсэн нээлтүүд нь дулаан, хүйтэн, механик хүч нь мэдрэлийн импульсийг хэрхэн өдөөж цаашлаад бид хэрхэн эргэн тойрон дахь ертөнцөө мэдэрч, дасан зохицдог талаарх мэдлэгийг бидэнд ил болгосон юм. TRP сувгууд нь бидний температурыг мэдрэх гол төв бол Piezo2 суваг нь хүрэлцэхүйн мэдрэмж, биеийн хэсгүүдийн байрлал, хөдөлгөөнийг мэдрэх чадварыг бидэнд өгдөг байна. TRP ба Piezo сувгууд нь температур эсвэл механик өдөөлтийг мэдрэхээс хамаардаг олон тооны физиологийн нэмэлт үйл ажиллагаанд мөн үүрэгтэй оролцдог. Энэ жилийн Нобелийн шагнал авсан уг судалгаанд суурилж архаг өвдөлт болон бусад өвчний эмчилгээнд ашиглах боломжийг судалж байна.  (Зураг 4).

4-р зураг: Энэ жилийн Нобелийн шагналтнуудын хийсэн чухал нээлтүүд нь дулаан, хүйтэн, хүрэлцэхүйн мэдрэмж нь бидний мэдрэлийн системд хэрхэн дохио дамжуулдаг болохыг тайлбарласан. Тус тодорхойлсон ионы сувгууд нь олон физиологийн процесс, өвчний нөхцөл байдалд чухал үүрэгтэй.

 

Key publications

1.     Caterina MJ, Schumacher MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature 1997:389:816-824.

2.     Tominaga M, Caterina MJ, Malmberg AB, Rosen TA, Gilbert H, Skinner K, Raumann BE, Basbaum AI, Julius D. The cloned capsaicin receptor integrates multiple pain-producing stimuli. 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. Impaired nociception and pain sensation in mice lacking the capsaicin receptor. Science 2000:288:306-313

4.     McKemy DD, Neuhausser WM, Julius D. Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in 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. A TRP channel that senses cold stimuli and menthol. Cell 2002:108:705-715

6.     Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science 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 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature 2014:516:121-125

8.     Woo S-H, Lukacs V, de Nooij JC, Zaytseva D, Criddle CR, Francisco A, Jessell TM, Wilkinson KA, Patapoutian A. Piezo2 is the principal mechonotransduction channel for proprioception. Nature Neuroscience 2015:18:1756-1762

9.     David Julius was born in 1955 in New York, USA. He received a Ph.D. in 1984 from University of California, Berkeley and was a postdoctoral fellow at Columbia University, in New York. David Julius was recruited to the University of California, San Francisco in 1989 where he is now Professor.

10.  Ardem Patapoutian was born in 1967 in Beirut, Lebanon. In his youth, he moved from a war-torn Beirut to Los Angeles, USA and received a Ph.D. in 1996 from California Institute of Technology, Pasadena, USA. He was a postdoctoral fellow at the University of California, San Francisco. Since 2000, he is a scientist at Scripps Research, La Jolla, California where he is now Professor. He is a Howard Hughes Medical Institute Investigator since 2014.

11.  Illustrations: © The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

---

Бусад мэдээлэл