2021 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü Açıklandı
2021 yılı Nobel Tıp veya Fizyoloji Ödülü'nü David Julius ve Ardem Patapoutian kazandı.
David Julius (solda) ve Ardem Patapoutian (sağda)
2021 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nün sahipleri, San Francisco’daki Kaliforniya Üniversitesinden David Julius ve Scripps Araştırma Enstitüsünden Ardem Patapoutian oldu. Araştırmacıların sıcaklık ve dokunma reseptörlerini keşifleri dolayısıyla ödüle layık görüldükleri açıklandı.
Dış uyaranları algılamak, insanlar ve diğer canlılar için hayati önemdedir. Geçtiğimiz yıllarda bu konuda önemli çalışmalar yapan bilim insanları üç kez Nobel Ödülü ile onurlandırılmıştı. 1906 yılında Camillo Golgi ve Santiago Ramon y Cajal sinir sisteminin yapısı, 1932 yılında Charles Sherrington ve Edgar Adrian nöronların işlevleri, 1944 yılında da Joseph Erlanger ve Herbert Spencer Gasser tekil duyu sinirlerinin işlevleri üzerine yaptıkları çalışmalar nedeniyle Nobel Ödülü’nü kazanmışlardı.
1990’lardan önce yapılan çalışmalar sayesinde, dış uyaranların sebep olduğu sinirsel etkinlikler hakkında büyük bir bilgi birikimi oluşmuşsa da en temel soru hâlâ cevaplanmayı bekliyordu: Isı ve mekanik uyaranları algılayan moleküllerin yapısı neydi ve bu moleküller hangi yollarla sinirlerde elektrik sinyallerinin ortaya çıkmasını sağlıyordu? Julius ve Patapoutian, 1990’lardan sonra yaptıkları çalışmalarla bu temel soruya cevap verdiler.
Isı Reseptörleri
David Julius, 1990’ların sonlarında San Francisco’daki Kaliforniya Üniversitesinde kapsaisin molekülünün neden olduğu yanma hissi üzerine çalışmalar yapıyordu. Pul biberde bulunan bu molekülün sinir hücrelerini uyararak ağrıya neden olduğu biliniyordu. Ancak bu sürecin detayları hakkında fazla bilgi yoktu. Julius ve arkadaşları ilk olarak duyu sinirlerinde ifade edilen milyonlarca geni içeren bir gen kütüphanesi hazırladılar. Araştırmacılar, daha sonra bu kütüphanedeki genleri normal koşullar altında kapsaisine tepki vermeyen kültür hücrelerinde etkinleştirerek, hücrelerin kapsaisine tepki vermesini sağlayan geni tespit ettiler. Çalışmalar bu genin daha sonraları TRPV1 olarak adlandırılan bir iyon kanalı proteinini kodladığını gösterdi.
Araştırmacılar kapsaisine tepki verilmesini sağlayan geni bulmak için, oluşturdukları gen kütüphanesindeki tüm genleri tek tek hücre kültürlerinde test ettiler.
Julius ve arkadaşları, TRPV1 iyon kanalı üzerine yaptıkları detaylı çalışmalarda bu iyon kanalının başka hiçbir uyaran olmadığı durumlarda ısıya tepki vererek açılıp kapandığını ve böylece sinir hücrelerinde elektrik sinyallerinin ortaya çıkmasını sağladığını gösterdi. İyon kanalı belirli bir eşik değerin üzerinde sıcaklığa maruz kaldığında ağrı hissedilmesine neden oluyordu.
Daha sonraları ısıya duyarlı başka reseptörler de keşfedildi. Örneğin Julius ve Patapoutian birbirlerinden bağımsız olarak TRMP8 adlı, soğuğa duyarlı bir reseptör keşfettiler. Bugün sıcaklığın algılanmasında rol aldığı bilinen iyon kanalları arasında TRPV1, TRPA1, TRPM3, TRPM2 ve TRPM8 var. TRP kanalları olarak adlandırılan iyon kanalları farklı sıcaklık aralıklarında aktifleşerek acı hissedilmesine neden oluyor ve böylece canlıyı tehlikeli olabilecek derecede yüksek ve düşük sıcaklıklara karşı uyarıyor. Bu sayede ortaya çıkan koruyucu refleksler, canlının yaşamını devam ettirmesine yardımcı oluyor. Bilimsel çalışmalar, TRP iyon kanallarının aynı zamanda iç organlarda hissedilen ağrının tetiklenmesinde de rol oynadığını gösteriyor.
Basınç Reseptörleri
Ardem Patapoutian’dan önce bakterilerdeki mekanik uyaranlara tepki veren sensörler üzerine çeşitli çalışmalar yapılmışsa da omurgalılarda basıncın algılanmasını tetikleyen moleküller hakkında bilgi yoktu. Patapoutian ve arkadaşları ilk olarak mikropipet ile dürtüldüğünde ölçülebilir büyüklükte elektrik sinyalleri üreten bir hücre dizisi keşfettiler. Araştırmacılar, elektrik sinyalinin mekanik kuvvete duyarlı iyon kanalları tarafından tetiklendiğini varsaydı ve ilk olarak muhtemel reseptörleri kodladığını düşündükleri genleri tespit ettiler. Daha sonra bu genleri tek tek etkisizleştirerek hücrelerin mekanik etkenlere karşı duyarlı olmasını sağlayan geni buldular. Çalışmalar, bu genin daha sonraları Piezo1 olarak adlandırılacak bir iyon kanalı proteinini kodladığını gösterdi. Kısa bir süre sonra Piezo1’e çok benzer bir yapıda başka bir iyon kanalı daha bulundu. Piezo1 gibi basınca duyarlı olan bu iyon kanalına da Piezo2 adı verildi. İlerleyen yıllarda hem Patapoutian ve arkadaşları hem de başka araştırma grupları tarafından yapılan çalışmalar, Piezo1 ve Piezo2 iyon kanallarının dokunma hissinin yanı sıra vücudun kendi konumunu ve hareketlerini algılamasında, kan basıncının ve solunumun düzenlenmesinde ve idrar kesesinin kontrol edilmesinde de rol aldığını gösterdi.
Patapoutian ve arkadaşları, tespit ettikleri 72 aday genin her seferinde sadece bir tanesini pasifleştirerek mekanik uyaranların algılanmasını sağlayan iyon kanalı proteinini kodlayan geni tespit ettiler (yukarıda). Basınca tepki vererek açılıp kapanan iyon kanalları, dokunma hissinin yanı sıra vücudun kendi konumunu ve hareketlerini algılamasını da sağlıyor (aşağıda).
Özetle TRP ve Piezo iyon kanallarının keşfedilmesiyle sıcak, soğuk ve basıncın sinir sinyallerini nasıl tetiklediği daha iyi anlaşıldı. Günümüzde bu kanalların işleyişi ile ilgili bilgilerden kronik ağrılar da dâhil olmak üzere pek çok hastalığın tedavisinde yararlanılıyor.
Kaynak:
