Los científicos han descubierto un mecanismo "suicida" en los receptores de los canales iónicos que detectan el calor y el dolor. La capacidad de detectar con precisión el calor y el dolor es fundamental para la supervivencia humana. Sin embargo, los mecanismos moleculares detrás de cómo nuestros cuerpos reconocen estos peligros han sido durante mucho tiempo un misterio para los científicos.
Ahora, investigadores de la Universidad de Buffalo han descubierto los complejos fenómenos biológicos que impulsan estas funciones críticas. Su investigación, publicada recientemente en Proceedings of the National Academy of Sciences, revela una respuesta "suicida" completamente inesperada y previamente desconocida en los receptores de canales iónicos, lo que explica el complejo mecanismo de la sensibilidad a la temperatura y el dolor. Esta investigación podría utilizarse para desarrollar analgésicos más eficaces.
"La razón por la que somos sensibles a las altas temperaturas es obvia. Necesitamos distinguir qué es frío y qué es caliente para que podamos ser advertidos cuando nuestros cuerpos estén a punto de estar en peligro", dijo el Dr. Qin Feng, autor correspondiente del estudio y profesor de fisiología y biofísica en la Facultad de Medicina y Ciencias Biomédicas Jacobs de la Universidad de Columbia.
Por tanto, no es posible separar la sensibilidad a la temperatura y el dolor.
Qin dijo: "Los receptores que detectan la temperatura también median en la conducción de señales de dolor, como el calor dañino. Por lo tanto, estos receptores que detectan la temperatura también son uno de los objetivos más críticos para el tratamiento del dolor. Comprender cómo funcionan es el primer paso en el diseño de una nueva generación de nuevos analgésicos con menos efectos secundarios".
Los investigadores de la Universidad de Columbia se centraron en una familia de canales iónicos llamados canales TRP (potencial de receptor transitorio), específicamente TRPV1, que es un receptor activado por la capsaicina, el ingrediente picante de los chiles. Estos son receptores cutáneos ubicados en las terminaciones de los nervios periféricos de la piel.
Sin embargo, demostrar la termosensibilidad de estos receptores ha sido un desafío. Qin explicó que las proteínas absorben calor y lo convierten en una forma de energía llamada cambio de entalpía, que está relacionada con cambios en la conformación de las proteínas. Cuanto mayor sea la sensibilidad a la temperatura del receptor, mayor debe ser el cambio de entalpía.
Él y sus colegas desarrollaron previamente una pinza de temperatura ultrarrápida para detectar la activación de sensores de temperatura en tiempo real. Los investigadores estiman que su energía de activación es grande, casi un orden de magnitud mayor que la de otras proteínas receptoras. Entonces decidieron intentar medir directamente la absorción de calor del termorreceptor, lo que era una tarea "difícil" porque requería el desarrollo de nuevos métodos y la adquisición de instrumentos costosos y sofisticados.
Como detonar una bomba atómica.
Utilizando el receptor TRPV1 como prototipo, descubrieron que el calor puede inducir transiciones de calor fuertes y complejas en este receptor a una escala extraordinaria. Es como detonar una bomba atómica dentro de la proteína.
Los investigadores también descubrieron que estas dramáticas transiciones térmicas del receptor ocurrían sólo una vez. "Descubrimos que para lograr su sensibilidad a altas temperaturas, el canal iónico necesita sufrir cambios estructurales extremos en su estado funcional, y estos cambios extremos comprometen la estabilidad de la proteína", explica Qin. "Estos hallazgos sorprendentes y poco convencionales significan que el canal se pliega irreversiblemente después de abrirse: se suicida".
Lo que hace que este hallazgo sea aún más notable, continuó, es que desafía las expectativas convencionales de que un receptor de temperatura debería ser más estable térmicamente, especialmente cuando se activa dentro del rango de temperatura que puede detectar. Los nuevos hallazgos desafían esta expectativa y el concepto de reversibilidad, que ocurre en casi todos los demás tipos de receptores.
Una posible explicación es un dilema entre los principios físicos y las necesidades biológicas. Dijo: "Las demandas biológicas - la fuerte sensibilidad de los receptores a la temperatura - claramente requieren mayor energía que la que los cambios estructurales reversibles en la proteína pueden proporcionar. Por lo tanto, los receptores deben recurrir a medios no convencionales de autodestrucción para satisfacer sus necesidades energéticas. Es notable cómo los receptores de temperatura pueden utilizar un proceso generalmente considerado destructivo para la función fisiológica para aprovechar el desarrollo de las proteínas".
Una de las cuestiones que Qin y sus colegas planean estudiar a continuación es si se formarán nuevos canales iónicos para reemplazar a los antiguos. Incluso es posible, dice, que las neuronas detecten y "rescaten" canales iónicos dañados de alguna manera inesperada, o los repongan con canales iónicos recién sintetizados.
"Vale la pena señalar que, dado que la alta temperatura detectada por los receptores puede causar daño tisular, es posible que al cuerpo no le importe el destino de los canales iónicos destruidos porque el tejido necesita ser regenerado de todos modos", especula Qin. "Esta puede ser una estrategia 'inteligente' ideada por la naturaleza para satisfacer mejor la necesidad del canal de sensibilidad a altas temperaturas".
Referencia: Andrew Mugo, Ryan Chou, Felix Chin, Beiying Liu, Qiu-XingJiang y Feng Qin publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 28 de agosto de 2023: "Mecanismo suicida de la sensibilidad a la temperatura de TRPV1".
DOI:10.1073/pnas.2300305120
Fuente compilada: ScitechDaily