La capacità di percepire le informazioni provenienti dal mondo esterno è di vitale importanza per ogni organismo, essa è detta esterocezione ed è legata a sensi quali la vista, l’udito, il tatto, il gusto e l’olfatto. Un altro tipo di percezione sensoriale è correlata a stimoli provenienti dall’interno del nostro corpo e prende il nome di enterocezione. La terza tipologia sensitiva è invece conosciuta come propriocezione e si esplica nella capacità di riconoscere la posizione del proprio corpo nello spazio e lo stato di contrazione/rilassamento muscolare.
Stimoli come il dolore, la pressione e il calore vengono elaborati dal nostro organismo attraverso nervi sensoriali e recettori situati nella pelle. Il funzionamento di questi è basato sulla presenza di speciali proteine di membrana che si assemblano a costituire canali ionici. L’apertura di queste vie molecolari nel caso di stimolazione meccanica avviene a seguito della deformazione della membrana plasmatica al di sopra di una certa soglia. Essa determina il passaggio di ioni calcio, sodio e potassio dall’esterno all’interno della cellula. Il flusso di carica che ne deriva innesca un potenziale generatore che, se sufficientemente elevato determina l’insorgere di un impulso nervoso che verrà interpretato dal cervello come una sensazione ben precisa.
Le proteine di membrana coinvolte in questo processo di trasduzione del segnale hanno suscitato l’interesse degli scienziati dell’Istituto di Ricerca Scripps (il più grande istituto al mondo per ricerche biomediche non-profit). Lo sforzo d’indagine mira a caratterizzare i percorsi sensoriali, riconoscendo le molecole in essi implicate. L’obiettivo è inoltre capire come il funzionamento di questi sentieri sensitivi venga interrotto da particolari disturbi.
In due pubblicazioni apparse recentemente sulla rivista scientifica Nature, Ardem Patapoutian, Bertrand Coste, Bailong Xiao, Mauricio Montal, Sung Eun Kim e altri loro colleghi riferiscono di aver identificato una famiglia di proteine essenziali nel rilevare gli stimoli dolorosi. Queste sono note come proteine “piezo” (dal greco piezein: comprimere).
Tale tipologia proteica è stata oggetto di pubblicazione da parte di Bertrand Coste già nell’anno 2010 quando, nel condurre esperimenti su proteine di topo due di queste mostrarono particolari proprietà nella trasduzione di stimoli meccanici. Le cellule in cui esse erano espresse, se soggette a stimolazioni pressorie, svelavano un flusso ionico che creava uno sbilanciamento di carica.
Il passo successivo nella ricerca, cui fa riferimento la recente pubblicazione, è stato quello di mostrare come queste proteine, così simili a quelle costituenti i canali ionici fossero in effetti proteine di canale ionico. Esse, assemblandosi in un tetramero, sono infatti in grado di creare una struttura complessa e di notevoli dimensioni che si insinua attraverso il doppio strato fosfolipidico tramite un gran numero di ripiegamenti (anche oltre 100). Tale capacità di assemblaggio spontaneo è stata rilevata anche in membrane artificiali dove non fossero presenti altre proteine.
La seconda parte di questi nuovi studi ha riguardato esperimenti condotti su larve di moscerini della frutta del genere Drosophila. Questi sono infatti utilizzati come sistemi modello per il sistema nervoso dei mammiferi, che pure presenta le proteine “piezo” rinvenibili tra l’altro anche in particolari cellule dell’orecchio, del rene, del cuore e di altri tessuti.
Sung Eun Kim ha constatato come gli individui in cui il gene “piezo” non era espresso, mostrassero un calo di sensibilità agli stimoli dolorosi mentre rispondevano normalmente a stimolazioni più lievi quali, ad esempio, pressioni di minore intensità e calore. Gli studi hanno dimostrato inoltre che anche interrompendo l’espressione del gene il risultato era il medesimo; se poi questa veniva artificialmente riattivata si poteva tornare a uno schema di ricezione sensoriale standard.
Le ricerche sulle proteine “piezo” e su altre proteine che potrebbero essere coinvolte negli stessi processi di trasduzione meccanica stanno continuando; in particolare l’attenzione verrà data al loro probabile ruolo nella percezione di stimoli sonori, pressione sanguinea e stress meccanici della membrana ma anche alle interruzioni e ai malfunzionamenti di questi complicati sistemi di recezione.