Expliqué: Nobel pour déchiffrer la science du toucher

David Julius et Ardem Patapoutian ont identifié le mécanisme par lequel les détecteurs tactiles communiquent avec le système nerveux. Quelles sont les implications de leurs recherches pour la médecine ?

Les scientifiques américains David Julius (à gauche) et Ardem Patapoutian.

Les cinq sens par lesquels les êtres humains perçoivent et expérimentent le monde qui les entoure sont bien connus. Les mécanismes internes à l'intérieur du corps humain par lesquels nous prenons conscience et réagissons à la lumière, au son, à l'odeur et au goût sont assez bien compris depuis plusieurs décennies. La compréhension de la façon dont nous ressentons par le toucher – la perception du chaud ou du froid, de la pression ou de la tension ou la sensation de douleur physique – a longtemps échappé aux scientifiques.

Jusqu'à ce que David Julius et Ardem Patapoutian, travaillant indépendamment aux États-Unis, fassent une série de découvertes à la fin des années 1990 et au début des années 2000 pour comprendre les détecteurs tactiles de notre corps et le mécanisme par lequel ils communiquent avec le système nerveux pour identifier et répondre. à une touche particulière. Pour leurs recherches révolutionnaires, qui se poursuivent toujours, Julius, 66 ans, et Patapoutian, 54 ans, ont été déclarés co-lauréats lundi du prix Nobel de physiologie 2021.

Le prix Nobel de physiologie est le premier prix scientifique à être annoncé. Le prix Nobel de physique sera annoncé mardi, suivi de celui de chimie le lendemain.

Capteurs

Julius et Patapoutian ont reçu le prix pour leurs découvertes de récepteurs pour la température et le toucher . En termes simples, ils ont découvert les capteurs moléculaires du corps humain qui sont sensibles à la chaleur et à la pression mécanique, et nous font sentir chaud ou froid, ou le contact d'un objet pointu sur notre peau.

Les capteurs artificiels sont familiers dans le monde d'aujourd'hui. Un thermomètre est un capteur de température très courant. Dans une pièce, une table ou un lit ne serait pas capable de percevoir les changements de température même lorsqu'ils sont exposés à la chaleur, mais un thermomètre le ferait. De même, dans le corps humain, toutes les molécules ne ressentent pas la chaleur lorsqu'elles y sont exposées. Seules des protéines très spécifiques le font, et c'est leur travail de relayer ce signal au système nerveux, qui déclenche alors une réponse appropriée. Les scientifiques savaient que de tels capteurs devaient exister, mais n'ont pas été en mesure de les identifier jusqu'à ce que Julius découvre le premier récepteur de chaleur.

Ce fut une découverte très fondamentale. L'identification du récepteur de chaleur par Julius à la fin des années 1990 est venue d'un examen très fastidieux de centaines de gènes pour leur sensibilité à la température. Aujourd'hui, nous avons des ordinateurs et des modèles très efficaces qui peuvent réduire le travail et accélérer le processus, mais à cette époque, de nombreuses recherches minutieuses étaient nécessaires. Cette première découverte a conduit à l'identification de plusieurs autres récepteurs. Tout comme il existe des récepteurs sensibles à la chaleur, il y en a d'autres qui peuvent ressentir le froid. Et d'autres encore, qui peuvent sentir la pression. Nous en connaissons maintenant plusieurs, a déclaré Dipanjan Roy, neuroscientifique au National Brain Research Center de Manesar.

Le mécanisme

valeur nette de Gabriel Iglesias

La capacité humaine à détecter la chaleur ou le froid et la pression n'est pas très différente du fonctionnement des nombreux détecteurs que nous connaissons bien. Un détecteur de fumée, par exemple, déclenche une alarme lorsqu'il détecte de la fumée au-delà d'un certain seuil. De même, lorsque quelque chose de chaud ou de froid touche le corps, les récepteurs de chaleur permettent le passage de certains produits chimiques spécifiques, comme les ions calcium, à travers la membrane des cellules nerveuses. C'est comme une porte qui s'ouvre sur une demande très précise. L'entrée du produit chimique à l'intérieur de la cellule provoque un petit changement de tension électrique, qui est capté par le système nerveux.

Il existe tout un spectre de récepteurs sensibles à différentes plages de température. Quand il y a plus de chaleur, plus de canaux s'ouvrent pour permettre le flux d'ions, et le cerveau est capable de percevoir une température plus élevée. Des choses similaires se produisent lorsque nous touchons quelque chose d'extrêmement froid, a déclaré Aurnab Ghose, neuroscientifique à l'Indian Institute of Science Education and Research de Pune.

Ghose a déclaré que ces récepteurs étaient sensibles non seulement au toucher externe, mais pouvaient également détecter les changements de température ou de pression à l'intérieur du corps.

Nobel de physiologie ou médecine

Lorsque notre température corporelle s'écarte du niveau optimal, par exemple, il y a une réaction. Le corps fait un effort pour revenir à la température optimale ou centrale. Cela se produit uniquement parce que les récepteurs de chaleur sont capables de détecter un changement de température, et le système nerveux essaie de le restaurer, a-t-il déclaré.

Mais ce n'est pas tout. Lorsque notre vessie est pleine, par exemple, la pression dans la vessie augmente. Ce changement de pression est capté par les récepteurs de pression et relayé au système nerveux qui crée cette envie de se soulager. Les changements de pression artérielle sont détectés de la même manière et des actions correctives sont initiées… C'est pourquoi les découvertes de ces récepteurs sont si fondamentales pour notre compréhension du fonctionnement de notre corps, a déclaré Ghose.

Implications thérapeutiques

Les percées en physiologie ont souvent entraîné une amélioration de la capacité à lutter contre les maladies et les troubles. Celui-ci n'est pas différent. Comme l'a souligné Sneha Shashidhara, docteur en neurosciences cognitives, l'identification de ces récepteurs ouvre la possibilité de réguler leur fonctionnement. Par exemple, il existe des récepteurs qui nous font ressentir de la douleur. Si ces récepteurs peuvent être supprimés ou rendus moins efficaces, la personne ressent moins de douleur.

La douleur chronique est présente dans un certain nombre de maladies et de troubles. Auparavant, l'expérience de la douleur était un mystère. Mais à mesure que nous comprenons de plus en plus ces récepteurs, il est possible que nous obtenions la capacité de les réguler de manière à minimiser la douleur, a-t-elle déclaré.

Ghose a déclaré qu'en fait, des recherches dans ce domaine étaient déjà en cours. Il est possible que la prochaine génération d'analgésiques fonctionne de cette manière, a-t-il déclaré, ajoutant qu'il y avait également plusieurs autres implications thérapeutiques, y compris des interventions qui pourraient être utiles dans le traitement de maladies comme le cancer ou le diabète.

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