Un equipo dirigido por biólogos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI), en La Jolla, California, Estados Unidos, ha resuelto un misterio de la neurociencia de hace mucho tiempo al identificar la proteína 'mecano' que media en el sentido del tacto en los mamíferos.
Los modelos experimentales que carecen de la proteína del canal de iones Piezo2 en sus células de la piel y terminaciones nerviosas pierden casi toda su sensibilidad al tacto, pero conservan una sensibilidad mayormente normal a estímulos mecánicos dolorosos.
'Podemos decir con certeza que Piezo2 es el sensor de contacto principal en los mamíferos', afirma Ardem Patapoutian, profesor en TSRI, investigador del Instituto Médico Howard Hughes y autor del artículo sobre este hallazgo que se publica en la revista 'Nature'.
En la década de 1980, los científicos descubrieron la identidad y la secuencia de la proteína principal de los fotorreceptores que subyace en el sentido de la vista del mamífero y, desde principios de 1990, se han estado identificando receptores del olfato y del gusto. Pero la proteína que media el sentido del tacto ha sido más difícil de alcanzar.
'Funciona en muy pocas células especializadas y no es abundante en las células' -detalla Patapoutian-- y al principio no teníamos muchas pistas acerca de cómo sería'. Hace cuatro años, con la ayuda de técnicas de genómica avanzada, Patapoutian y miembros de su laboratorio pudieron identificar dos proteínas de canales iónicos activados mecánicamente, Piezo1 y Piezo2, en células de ratón.
La fuerza física suficiente para distorsionar una membrana celular en la que uno de estos canales de iones se incrustan podría cambiar de manera efectiva el canal de iones de cerrado a abierto, permitiendo al sodio u otros electrolitos con carga positiva fluir hacia el interior. En un nervio sensorial, podría desencadenar un impulso nervioso eléctrico, convirtiendo la fuerza física en una señal neural.
De las dos proteínas de canales iónicos recientemente identificadas, sólo Piezo2 se expresó de manera significativa en las neuronas táctiles de detección en los ganglios de la raíz dorsal de la columna vertebral y que extienden los procesos nerviosos en la piel. Eso llevó a Patapoutian a centrarse en ella como el probable transductor del sentido del tacto de los mamíferos.
El año pasado, Patapoutian y sus colegas informaron que Piezo2 funciona como sensor táctil en las células de Merkel, células especializadas que se encuentran en las terminaciones nerviosas sensibles al tacto en la piel y aumentan el sentido del tacto en los modelos experimentales.
En el nuevo estudio, los investigadores ampliaron estos resultados a las propias terminaciones nerviosas sensibles al tacto, que se forman a menudo para detectar diferentes tipos y direcciones de la fuerza y que para una sensibilidad adicional se pueden unir a otras estructuras sensibles a la fuerza como las células de Merkel o los folículos pilosos.
Los científicos utilizaron ratones especiales, criados en el anterior estudio sobre células de Merkel dirigido por el becario postdoctoral Seung-Hyun Woo, que producen Piezo2 ligada a una proteína fluorescente. Eso les permitió verificar, a través de la fluorescencia resultante, que Piezo2 se expresa en una amplia gama de terminaciones nerviosas 'mecano de bajo umbral', que están incrustadas en zonas pilosas y sin pelo de piel de modelo experimental.
El siguiente paso fue eliminar el gen Piezo2 de los modelos experimentales y observar si los animales todavía respondían normalmente a los estímulos del tacto, pero los modeloscriados sin Piezo2 murieron al nacer. De este modo, el estudiante postdoctoral Sanjeev S. Ranade, autor principal del artículo, intentó desarrollar una línea de modelos en los que el gen Piezo2 pudiera ser casi completamente eliminado de ratones ya adultos y sólo desde sus neuronas sensoriales de los ganglios de la raíz dorsal y las células de Merkel.
Pruebas eléctricas de estas neuronas cultivadas de los ratones mostraron que perdieron prácticamente toda la capacidad de respuesta a los estímulos mecánicos que serían necesarios para detectar la luz ordinaria. Además, expertos del laboratorio en el Centro de Medicina Molecular Max-Delbrück de Berlín, Alemania, encontraron la misma profunda pérdida de sensibilidad mecánica en pruebas especiales de los nervios de la piel intacta de los modelos.
Los ratones que carecen de Piezo2 en sus terminaciones nerviosas y las células de Merkel también mostraron una diferencia de comportamiento clara frente a ratones normales. 'A través de una serie de pruebas, se observó una reducción dramática en su capacidad de respuesta a los estímulos táctiles a la luz ordinaria', afirma Ranade.
Sorprendentemente, estos ratones con insensibilidad táctil permanecieron sensibles a los estímulos aplicados en la piel, que normalmente son dolorosos, como el calor, el frío y los pellizcos. Se cree que las sensaciones dolorosas mecánicas como los pellizcos están mediadas por las terminaciones nerviosas mecano de alto umbral, que requieren más fuerza para activarse. 'Las funciones de estos nervios mecano de alto umbral parecían afectadas en los ratones con Piezo2 bloqueada', señala Patapoutian.
El hallazgo sugiere que la detección de la luz, el tacto inocuo, que comúnmente se considera como el 'sentido del tacto', está mediado principalmente por un conjunto de terminaciones nerviosas que usan canales iónicos de Piezo2. Por el contrario, sensaciones táctiles más fuertes que generan dolor parecen estar mediadas por un conjunto menos sensible a la fuerza de terminaciones nerviosas con sus propias proteínas de canales iónicos, que aún no se han descubierto.