La dottoressa Sampurna Chakrabati al microscopio nel laboratorio del professor Gary Lewin del Max Centro Delbrück.
Identificato Elkin1 come un canale ionico probabilmente controllato dalla forza meccanica, necessario per la normale sensibilità al tocco
Ogni abbraccio, ogni stretta di mano, ogni atto abile impegna e richiede la percezione del tatto. Pertanto, è essenziale comprendere le basi molecolari del tatto. «Fino ad ora sapevamo che il canale ionico - Piezo2 - è necessario per la percezione tattile, ma era chiaro che questa proteina da sola non poteva spiegare l'intera sensazione tattile», afferma il professor Gary Lewin (1), capo del Molecular Physiology of Somatic Sensation Lab presso il Centro Max Delbrück.
Da oltre 20 anni Lewin studia le basi molecolari della sensazione del tatto. Lui e il suo team hanno ora scoperto un nuovo canale ionico, chiamato Elkin1, che svolge un ruolo vitale nella percezione tattile. Questo è solo il secondo canale ionico implicato nella percezione tattile. È probabile che la proteina sia direttamente coinvolta nella conversione di uno stimolo meccanico, come un tocco leggero, in un segnale elettrico. Quando Elkin1 è presente, i recettori della pelle possono trasmettere i segnali tattili tramite fibre nervose al sistema nervoso centrale e al cervello. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Science (2).
Il team di Lewin si è imbattuto in Elkin1 alcuni anni fa mentre indagava su una linea cellulare di melanoma maligno. I ricercatori avevano scoperto che la proteina è necessaria per rilevare le forze meccaniche di queste cellule tumorali altamente mobili. «Ora volevamo determinare se la stessa proteina svolge un ruolo anche nella sensazione tattile», afferma Lewin.
La mancanza di Elkin1 riduce la sensibilità al tocco
I ricercatori hanno allevato topi geneticamente modificati privi del gene Elkin1. Hanno quindi condotto semplici esperimenti comportamentali che prevedevano lo sfregamento leggero di un batuffolo di cotone sulle zampe posteriori dei roditori. «Di solito, i topi normali reagiscono al tampone di cotone il 90% delle volte», afferma Lewin. «Al contrario, i topi privi di Elkin1 hanno reagito solo la metà delle volte, indicando insensibilità al tocco». È importante sottolineare che la reazione dei roditori agli stimoli non meccanici come la temperatura non è stata influenzata.
A livello neuronale, la dottoressa Sampurna Chakrabarti (3), una scienziata del team di Lewin, ha utilizzato il metodo del patch clamp per registrare l'attività elettrica dei neuroni sensoriali in risposta alla pressione della membrana neuronale. «Circa la metà dei neuroni nei topi geneticamente modificati privi di Elkin1 non rispondevano agli stimoli meccanici e non si verificava alcuna trasmissione di segnali», afferma Chakrabarti.
Ulteriori esperimenti hanno confermato che non vi erano segnali trasmessi dal recettore del neurone che terminava nella pelle, nel primo tratto del viaggio dei segnali dalla pelle al midollo spinale e al cervello. Inoltre, i loro collaboratori australiani nel laboratorio della professoressa Mirella Dottori dell'University of Wollongong hanno testato se Elkin1 è necessario per la trasduzione del tocco nei neuroni sensoriali umani coltivati in una capsula di Petri da cellule staminali. I loro risultati suggeriscono inoltre fortemente che Elkin1 potrebbe svolgere un ruolo importante nella percezione del tatto umano.
I ricercatori presumono che durante la normale trasmissione del segnale, Elkin1 e Piezo2 condividano ruoli nella percezione tattile. Hanno anche trovato prove che Elkin1 possa svolgere un ruolo nella trasmissione di stimoli meccanici dolorosi. «Se ciò sarà confermato, non solo avremo identificato un secondo canale ionico con un ruolo indispensabile nella normale percezione del tatto, ma anche un nuovo potenziale bersaglio per il trattamento del dolore cronico», afferma Lewin.
Il Centro Max Delbrück di medicina molecolare dell'Associazione Helmholtz (Centro Max Delbrück) è uno dei principali istituti di ricerca biomedica a livello mondiale. Max Delbrück, originario di Berlino, era un premio Nobel e uno dei fondatori della biologia molecolare. Nelle sedi di Berlin-Buch e Mitte ricercatori provenienti da circa 70 paesi studiano la biologia umana, indagando i fondamenti della vita dai suoi elementi costitutivi più elementari fino ai meccanismi a livello di sistema. Comprendendo cosa regola o sconvolge l’equilibrio dinamico di una cellula, di un organo o dell’intero organismo, possiamo prevenire le malattie, diagnosticarle precocemente e arrestarne la progressione con terapie su misura. I pazienti dovrebbero poter beneficiare quanto prima delle scoperte della ricerca di base. Per questo motivo il Centro Max Delbrück sostiene la creazione di spin-off e partecipa a reti di collaborazione. Funziona in stretta collaborazione con Charité – Universitätsmedizin Berlin nel Centro di ricerca sperimentale e clinica (ECRC), gestito congiuntamente, con il Berlin Institute of Health (BIH) presso Charité e con il Centro tedesco per la ricerca cardiovascolare (DZHK). Fondato nel 1992, il Centro Max Delbrück impiega oggi 1.800 persone ed è finanziato al 90% dal governo federale tedesco e al 10% dallo Stato di Berlino.
Riferimenti:
(1) Gary Lewin
(2) Touch sensation requires the mechanically gated ion channel ELKIN1
Descrizione foto: La dottoressa Sampurna Chakrabati al microscopio nel laboratorio del professor Gary Lewin del Max Centro Delbrück. / Neuroni sensoriali umani indotti con il canale ionico Elkin1 (ciano), nucleo (giallo) e Neurofilamento 200 (magenta). - Credit: Katharina Bohm, Max Delbru¨ck Center & Amy Hulme, University of Wollongong
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A new channel for touch