David Julius en Ardem Patapoutian winnen de prestigieuze wetenschapsprijs voor hun ontdekking van de receptoren voor temperatuur en aanraking.

Ons vermogen om warmte en druk waar te nemen is letterlijk van levensbelang. We gebruiken het om te voorkomen dat we onszelf verbranden, maar bijvoorbeeld ook om te weten wanneer we moeten plassen. Het bleef lang onbekend hoe onze zenuwcellen deze signalen van buitenaf registreren.

Temperatuur

Fysioloog David Julius van de Universiteit van Californië in San Fransisco onderzocht hoe zenuwcellen warmte waarnemen. Hij maakte gebruik van het feit een stofje in chilipepers, capsaïcine, speciale warmtereceptoren activeert. Hierdoor breekt ons het zweet uit als wij onze tanden in een peper zetten, terwijl de temperatuur om ons heen niet verandert.

‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’
LEES OOK

‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’

Medisch bioloog Yvette van Kooyk wil het immuunsysteem leren kankercellen aan te vallen door hun suikerjas-vermomming weg te knippen.

In de jaren negentig plaatste zijn team stukjes DNA van genen die actief zijn in sensorische cellen in andere cellen, die normaal gesproken niet reageren op capsaïcine. Ze onderzochten duizenden verschillende stukjes DNA om erachter te komen welke verantwoordelijk zijn voor de productie van het eiwit dat reageert op capsaïcine. Zo ontdekte het team het specifieke gen dat codeert voor warmtereceptor TRPV1.

TRPV1 is een ionenkanaal dat zich in het celmembraan van onze zenuwcellen bevindt. Als de temperatuur zo hoog is dat wij dit als pijnlijk ervaren, opent het ionenkanaal zich. Zo ontstaat er een verschil in lading tussen de buiten- en binnenwereld van de cel, waardoor de cel gaat vuren. Het resultaat is dat wij het gevoel van warmte ervaren.

Wetenschappelijke doorbraak

De ontdekking van TRPM1 was het startschot van de zoektocht naar soortgelijke receptoren die temperatuur waarnemen. Onafhankelijk van elkaar ontdekten David Julius en moleculair bioloog Ardem Patapoutian vervolgens ionenkanaal TRPM8. Dit kanaal bleek niet op hoge temperaturen te reageren, maar juist op lage temperaturen. Beide onderzoeken waren geïnspireerd door het feit dat menthol deze kou-receptoren kan activeren.

Hierna zijn nog meer ionenkanalen ontdekt, die op verschillende temperaturen reageren. Deze receptoren stellen ons in staat om een heel scala aan temperaturen waar te nemen.

Nobelprijswinnaars David Julius en Ardem Patapoutian. Beeld: Niklas Elmehed/Nobel Prize Outreach
Nobelprijswinnaars David Julius en Ardem Patapoutian. Beeld: Niklas Elmehed/Nobel Prize Outreach.

Onder druk

Hoewel het temperatuuronderzoek in volle gang was, was het nog gissen naar de manier waarop wij druk detecteren. Met de gedachte dat ook deze receptor een ionenkanaal moest zijn, ging het team van Patapoutian op zoek naar het specifieke gen. De wetenschappers gebruikten speciale cellen die elektrische signalen uitstoten zodra zij worden aangeraakt.

Ze vonden 270 genen die mogelijk coderen voor tastreceptoren. Eén voor een zetten ze deze genen uit en keken ze naar het resultaat. Op deze manier vonden ze het gen dat codeert voor ionenkanaal PIEZO1, dat zich opent wanneer de cel onder druk komt te staan, en een vergelijkbaar eiwit, PIEZO2.

De receptoren stellen ons lichaam in staat belangrijke druksignalen waar te nemen, waaronder onze bloeddruk, de druk op onze blaas en onze ademhaling. Ook druk van buitenaf, zoals een kop koffie in onze handen of een hand op onze schouder worden door deze receptoren waargenomen.

Geheimen der natuur

De receptoren die Julius en Patapoutian hebben ontdekt laten ons warmte, kou en druk waarnemen. ‘Deze ontdekkingen hebben een deel van de geheimen der natuur aan het licht gebracht’, zegt bioloog Thomas Perlmann tijdens de aankondiging van de Nobelprijs. ‘Het verklaart op een moleculair niveau hoe stimuli van binnen- en buitenaf worden omgezet tot zenuwsignalen. Dat is cruciaal voor onze overleving.’

Leestip: in deze special vertellen we alles over de belangrijkste wetenschappelijke doorbraken van 2010 tot 2020. Bekijk de special in onze webshop!