Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν πώς το σώμα αντιλαμβάνεται το κρύο

Κάθε φορά που βγαίνουμε στο κρύο ή βάζουμε μια καραμέλα μέντας στο στόμα μας, ενεργοποιείται ένας εξειδικευμένος μοριακός μηχανισμός που επιτρέπει στον οργανισμό να «αντιληφθεί» τη δροσιά. Στο επίκεντρο αυτής της διαδικασίας βρίσκεται το πρωτεϊνικό κανάλι TRPM8, ένας διαμεμβρανικός ιοντικός δίαυλος που λειτουργεί ως βασικός αισθητήρας χαμηλών θερμοκρασιών. Ερευνητές παρουσίασαν πρόσφατα τις πρώτες λεπτομερείς δομικές απεικονίσεις του TRPM8 εν δράσει στο 70ό ετήσιο συνέδριο της Biophysical Society, αποκαλύπτοντας πώς το κανάλι μεταφράζει τόσο το πραγματικό ψύχος όσο και τη χημική «ψευδαίσθηση» της μενθόλης σε νευρικά σήματα.

Το TRPM8 εντοπίζεται στις μεμβράνες αισθητήριων νευρώνων που νευρώνουν το δέρμα, τη στοματική κοιλότητα και την επιφάνεια των οφθαλμών. Όταν η θερμοκρασία πέσει σε εύρος περίπου 8–28°C, το κανάλι ανοίγει και επιτρέπει τη ροή κατιόντων, κυρίως ασβεστίου και νατρίου, στο εσωτερικό του κυττάρου. Η είσοδος αυτών των ιόντων προκαλεί αποπόλωση και δημιουργία δυναμικού ενέργειας, το οποίο μεταδίδεται στον εγκέφαλο ως αίσθηση ψύχους. Παρότι η λειτουργία αυτή ήταν γνωστή εδώ και χρόνια, ο ακριβής δομικός μηχανισμός ενεργοποίησης παρέμενε ασαφής.

Κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία και δομική ανάλυση

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία, μια τεχνική που επιτρέπει την απεικόνιση βιομορίων σε σχεδόν ατομική ανάλυση, αφού πρώτα καταψυχθούν ταχύτατα ώστε να διατηρηθεί η φυσική τους διαμόρφωση. Με αυτόν τον τρόπο κατέγραψαν πολλαπλές καταστάσεις του TRPM8, από την κλειστή έως την πλήρως ανοικτή μορφή του.

Τα δεδομένα αποκάλυψαν ότι η χαμηλή θερμοκρασία προκαλεί δομικές μεταβολές κυρίως στην περιοχή του πόρου, δηλαδή στο τμήμα της πρωτεΐνης που ρυθμίζει τη διέλευση των ιόντων. Οι αλλαγές αυτές δεν είναι τοπικές αλλά μεταδίδονται μέσω αλλοστερικών δικτύων – συστημάτων εσωτερικών αλληλεπιδράσεων που επιτρέπουν σε ένα ερέθισμα να προκαλέσει διαμόρφωση σε απομακρυσμένη περιοχή της πρωτεΐνης. Έτσι, το κρύο δεν «ανοίγει» απλώς μηχανικά το κανάλι, αλλά πυροδοτεί μια συντονισμένη αναδιάταξη της δομής του.

Η μενθόλη ως χημικός μιμητής του κρύου

Η μενθόλη, φυσική ένωση που προέρχεται από φυτά μέντας, ενεργοποιεί το ίδιο κανάλι αλλά μέσω διαφορετικής θέσης δέσμευσης. Αντί να επιδρά άμεσα στην περιοχή που αντιλαμβάνεται τη θερμοκρασία, προσκολλάται σε ξεχωριστό τμήμα της πρωτεΐνης και προκαλεί αλλοστερικές μεταβολές που τελικά οδηγούν στο άνοιγμα του πόρου. Με άλλα λόγια, η μενθόλη «ξεγελά» το σύστημα: δεν μειώνει τη θερμοκρασία του ιστού, αλλά προκαλεί το ίδιο ηλεκτροφυσιολογικό αποτέλεσμα.

Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι όταν η χαμηλή θερμοκρασία συνδυάζεται με μενθόλη, η ενεργοποίηση του TRPM8 ενισχύεται συνεργιστικά. Ο συνδυασμός αυτός επέτρεψε στους ερευνητές να αποτυπώσουν την πλήρως ανοικτή διαμόρφωση του καναλιού, κάτι που δεν είχε επιτευχθεί με το κρύο μόνο του. Η παρατήρηση αυτή επιβεβαιώνει ότι τα φυσικά και χημικά ερεθίσματα συγκλίνουν σε κοινό λειτουργικό αποτέλεσμα, αν και μέσω διακριτών μοριακών διαδρομών.

Το «κρύο σημείο» και η αποφυγή απευαισθητοποίησης

Ένα από τα σημαντικότερα ευρήματα ήταν η ταυτοποίηση μιας συγκεκριμένης περιοχής της πρωτεΐνης, η οποία χαρακτηρίστηκε ως «κρύο σημείο». Η περιοχή αυτή φαίνεται να είναι καθοριστική για τη θερμοευαισθησία του καναλιού και ταυτόχρονα συμβάλλει στην αποτροπή απευαισθητοποίησης κατά την παρατεταμένη έκθεση σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η απευαισθητοποίηση αποτελεί συχνό φαινόμενο στους ιοντικούς διαύλους, όπου η συνεχής διέγερση οδηγεί σε μείωση της απόκρισης. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το TRPM8 διατηρεί τη λειτουργικότητά του έχει ιδιαίτερη σημασία για τη φυσιολογία της θερμοαντίληψης.

Ιατρικές προεκτάσεις

Η δυσλειτουργία του TRPM8 έχει συσχετιστεί με χρόνιο πόνο, ημικρανίες, ξηροφθαλμία και ορισμένες μορφές καρκίνου. Η δομική χαρτογράφηση των αλλοστερικών δικτύων του καναλιού δημιουργεί προϋποθέσεις για στοχευμένο φαρμακευτικό σχεδιασμό. Αγωνιστές που ενεργοποιούν επιλεκτικά συγκεκριμένες διαμορφώσεις ή ανταγωνιστές που αναστέλλουν την υπερδραστηριότητα του διαύλου θα μπορούσαν να προσφέρουν πιο αποτελεσματικές και ακριβείς θεραπείες.

Η αποκάλυψη του μοριακού μηχανισμού με τον οποίο ενσωματώνονται θερμικά και χημικά ερεθίσματα συνιστά θεμελιώδη πρόοδο στην αισθητηριακή βιολογία. Για πρώτη φορά διατυπώνεται ένας σαφής μοριακός ορισμός του πώς το σώμα μετατρέπει το κρύο και τη μενθόλη σε ηλεκτρικό σήμα. Η κατανόηση αυτή δεν αφορά μόνο τη βασική έρευνα, αλλά ανοίγει δρόμους για καινοτόμες θεραπευτικές παρεμβάσεις σε παθήσεις όπου η αίσθηση του ψύχους και ο πόνος διαπλέκονται σε παθολογικό επίπεδο.