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Ardem Patapoutian氏とDavid Julius氏は、我々の体の細胞が温度や触覚を感知する仕組みを明らかにした研究で、2021年のノーベル医学・生理学賞を受賞しました。
圧力の感知
Ardem Patapoutian氏は、カリフォルニア州スクリプス研究所での研究により、Piezo1とPiezo2が、機械的刺激により活性化する (Mechanically Activated: MA) チャネルの必須成分であることを突き止めました(1。この画期的な研究では、圧力に反応して機械的に刺激されるカチオンコンダクタンスが起こるためには、多孔性の膜貫通タンパク質であるPiezo1とPiezo2が必要であることが示されました。
これらのチャネルは、皮膚やその他の器官に存在し、原生動物から脊椎動物まで、さまざまな生物種で同様のタンパク質が発現していることがわかりました。関心が高まったPatapoutian氏らは、これらのタンパク質をさらに詳しく理解しようとしましたが、Piezoタンパク質の巨大さから、X線結晶構造解析やNMR分光法では、Piezoタンパク質の巨大さに対応することができませんでした (例えば、Piezo1は300kDaという巨大なサイズです)。しかしPatapoutian氏と共同研究者たちは、低温電子顕微鏡法により、Piezo1の構造を以前よりも詳細に明らかにすることに成功しました(2。
Patapoutian氏の研究は、MAチャネル、機械受容チャネルの研究を爆発的に進めるきっかけとなり、Piezoチャネルの研究だけでも数百の論文が発表されました。
熱の感知
一方、カリフォルニア大学サンフランシスコ校 (UCSF) のDavid Julius氏は、痛みのメカニズムを研究していました。
Julius氏は、カプサイシンを用いました。カプサイシンとは、唐辛子の辛味のもとになる分子で、熱さの感覚や灼熱感を誘発する効果があります。この研究は最終的に、カプサイシンの受容体であるTRPV1の発見に繋がりました。TRPV1は、温度が上昇すると活性化されるため、痛みを伴う熱刺激のトランスデューサーとして働きます(3。TRPV1の知名度が上がり、研究が進むにつれ、Julius氏は生物物理学者のYifan Cheng氏と共同で、低温電子顕微鏡法を用いて、これまでにない詳細なTRPV1の構造を明らかにしました(4。
Julius氏の研究は、他の感覚研究の分野にも及びました。ヘビやクモの毒液由来の毒素が体性感覚神経末端を標的として侵害受容神経経路を活性化する仕組みの解明(5 や、電位依存性イオンチャネルと感覚受容体を発現している腸のエンテロクロマフィン細胞が、環境や代謝に関する情報を検出し、腸から神経系に直接情報を伝達する仕組みの解明(6 など、幅広い研究を行いました。
感知の重要性
Patapoutian氏とJulius氏の研究は非常に重要です。というのも、触覚や温度を感じる能力は、ほとんどすべての組織や細胞の機能の基礎となっているからです。熱のような痛みを伴う刺激を回避したり、環境と相互に作用したりする能力は、生物が生き延びるために不可欠なものです。体内では、血圧や気圧の変化、膀胱や腸の容量などの事象を正しく判断し、それに対応することができます。
Patapoutain氏とJulius氏の研究は、これらのプロセスに関する基本的な理解を深めるだけでなく、医療やリハビリテーションの世界にも大きな影響を与えるものです。
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