I ricercatori della University of Michigan hanno identificato la proteina che consente ai mammiferi di percepire il freddo, colmando così una lacuna di conoscenza duratura nel campo della biologia sensoriale. I risultati, pubblicati su Nature Neuroscience, potrebbero contribuire a comprendere come sentiamo freddo durante l’inverno e perché alcuni sperimentano il freddo in modo diverso in particolari condizioni patologiche.
“Il settore ha iniziato a scoprire questi sensori di temperatura oltre 20 anni fa, con la scoperta di una proteina che percepisce il calore chiamata TRPV1“, ha spiegato il neuroscienziato Shawn Xu, professore presso il Life Sciences Institute della University of Michigan e autore senior della nuova ricerca. “Diversi studi hanno individuato le proteine che percepiscono temperature calde, tiepide, persino fresche, ma non siamo stati in grado di confermare cosa percepisce temperature inferiori a circa 60 gradi Fahrenheit“, circa 15°C.
In uno studio del 2019, i ricercatori nel laboratorio di Xu hanno scoperto il primo recettore proteico per la percezione 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 la proteina di C. elegans è conservato evolutivamente in molte specie, compresi topi e umani, tale scoperta ha fornito un punto di partenza per verificare il sensore del freddo nei mammiferi: una proteina chiamata GluK2 (abbreviazione di sottunità 2 del recettore ionotropico del glutammato di tipo kainato).
Per quest’ultimo studio, un team di ricercatori della University of Michigan ha testato la propria ipotesi in topi privi del gene GluK2, e quindi incapaci di produrre proteine 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 a temperature calde, tiepide e fresche, ma non mostravano alcuna risposta al freddo nocivo.
GluK2 è principalmente presente sui neuroni nel cervello, dove riceve segnali chimici per facilitare la comunicazione tra neuroni, ma è anche espresso nei neuroni sensoriali nel sistema nervoso periferico (fuori dal cervello e dal midollo spinale).
“Ora sappiamo che questa proteina svolge una funzione totalmente diversa nel sistema nervoso periferico, elaborando segnali di temperatura anziché segnali chimici per percepire il freddo“, ha spiegato Bo Duan, professore associato della University of Michigan di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo, e co-autore senior dello studio.
Mentre GluK2 è meglio conosciuto per il suo ruolo nel cervello, Xu ipotizza che questo ruolo di percezione della temperatura possa essere stato uno dei primi scopi della proteina. Il gene GluK2 ha parenti lungo l’albero evolutivo, risalendo fino ai batteri unicellulari.
“Un batterio non ha un cervello, quindi perché dovrebbe evolvere un modo per ricevere segnali chimici da altri neuroni? Ma avrebbe grande bisogno di percepire il suo ambiente, e forse sia temperatura che sostanze chimiche“, ha detto Xu. “Quindi penso che la percezione della temperatura possa essere una funzione antica, almeno per alcuni di questi recettori del glutammato, che è stata eventualmente sfruttata mentre gli organismi evolvevano sistemi nervosi più complessi“.
Oltre a colmare una lacuna nel puzzle della percezione della temperatura, Xu ritiene che la nuova scoperta potrebbe avere implicazioni per la salute e il benessere umani. Ad esempio, i pazienti oncologici sottoposti a chemioterapia 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 persino un potenziale bersaglio terapeutico per trattare quel dolore nei pazienti la cui sensazione di freddo è sovraeccitata“, ha detto Xu.
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