הפרס יוענק לשני חוקרים שגילו את פעילות תעלות היונים האחראיות על חישת מגע וטמפרטורה

פרס נובל ברפואה יוענק השנה לדייויד ג'וליוס (Julius) מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו ולארדם פטפוטיאן (Patapoutian) ממכון סקריפס בקליפורניה על גילויים שאיפשרו להבין את פעילותם של התאים האחראים על חישת חום ומגע ומעבירים את המידע למוח. 


חישת טמפרטורה ומגע. דייויד ג'וליוס (מימין) וארדם פטפוטיאן | איור: אתר פרס נובל

הפרס השנה יוענק על גילוי הקשר בין תעלות יונים לחישת טמפרטורה ומגע. תעלות אלה הן חלבונים השמורים היטב באבולוציה, וקיימים אף אצל חסרי חוליות, שם התגלו לראשונה בידי החוקר הישראלי ברוך מינקה מהאוניברסיטה העברית בירושלים.

תעלות יונים הן חלבונים בעלי צורה גלילית, כמו צינור, הנטועים בתוך קרום התא, ומשמשים להולכת אטומים בעלי מטען חשמלי (יונים) של נתרן, אשלגן, סידן ועוד. כל תעלה מעבירה יונים מסוימים, וכך משפיעה על הבדלי המתחים בין פנים התא לסביבתו החיצונית, ומאפשרת העברה של אותות עצביים. החלבונים משנים את צורתם בתגובה לגירויים כמו לחץ מכני או שינוי בטמפרטורה, כך התעלה נפתחת או נסגרת, ונוצרת התגובה העצבית שמגיעה למוח ועוזרת לנו לזהות את הגירוי. התעלות מצויות בקרומי תאים בעור שלנו ובמקומות נוספים רבים בגוף. יש סוגים רבים של תעלות יונים, והן ממלאות תפקידים מרכזיים בהולכה העצבית, בפעילות השרירים ועוד. לתעלות שונות יש מנגנוני פתיחה וסגירה מגוונים, שמאפשרים שליטה באות העצבי בהתאם לגירויים שונים, כמו למשל הבדלי הטמפרטורות בין חום של יום אביבי נעים לקפה רותח שנשפך עלינו. אפשר גם להפעילן באמצעות מולקולות מסוימות, כמו קפסאיצין - החומר הפעיל בפלפל חריף. זו הסיבה שאנחנו מרגישים תחושת חום עזה כשאנחנו אוכלים סחוג. שני הזוכים זיהו שני סוגים של תעלות כאלה, עם מנגנוני פתיחה שונים, אחד רגיש לטמפרטורה והשני ללחץ מכני. 

דיוויד ג'וליוס מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו השתמש בקפסאיצין כאמצעי לזהות את החלבון שאחראי על חישת חום. הוא בודד מיליוני מקטעים של DNA מתאי עצב חישתיים והחדיר אותם  לתאים בתרבית. את התאים הוא חשף לקפסאיצין, ובעקבות שינויים בריכוז הסידן בתא זיהה את התאים שיצרו תגובה עצבית לאחר המגע עם החומר החריף. מהתאים שהגיבו הוא בודד את רצף ה-DNA שקודד לתעלת היונים, וכך גילה תעלה חדשה, TRPV1, האחראית לתחושת חום גבוה, במשפחה המוכרת בשם TRP. את הגן של החלבון החדש הוא החדיר לביציות של צפרדעים, שהן תאים גדולים במיוחד, מה שאיפשר לו למדוד בנוחות את הזרמים החשמליים בתגובה לחשיפה לחומר החריף. בהמשך הוא גילה גם את התעלה שאחראית על חישת קור (TRPM8) שמופעלת בתגובה למולקולה מנטול. תעלה זו אחראית בין השאר לתחושת הקרירות בפה כשאנחנו לועסים מסטיק מנטה. במקביל גילה גם פטפוטיאן את התעלה הזו. 

בהמשך התברר כי לתעלה האחראית לתחושת חום תפקידים רבים נוספים גם בחישת כאב ובתגובה החיסונית. לכן החלבונים המרכיבים את התעלה הם אתר מטרה לחוקרים העוסקים בפיתוח משככי כאבים.

פטפוטיאן גילה תעלות יוניות שמשמשות לתחושת מגע. הוא מצא תאים מסוימים שכאשר נוגעים בהם בפיפטת זכוכית דקה, חלים בהם שינויי מתח חשמלי, וחקר אותם באמצעות תאים מהונדסים גנטית, שבהם שינה את ביטוי התעלות. הוא בודד את הגנים של התעלות היוניות, וקרא להם PIEZO1 ו- PIEZO2 (מקור השם במילה היוונית "פיאזי" - לחץ מכני). במחקר שפורסם ב-2010, פטפוטיאן זיהה שכאשר הוא משתיק את ביטוי הגנים האלה, התאים מאבדים את רגישותם למגע. במחקר נוסף הוא הראה כי עכברים שמשתיקים אצלם את ביטוי הגן PIEZO2 מאבדים חלק ניכר מתחושת המגע שלהם. באופן מפתיע, תעלת יונים זו אינה אחראית על תחושת כאב הנוצרת מלחץ חזק על העור, כמו מכה או צביטה, והחיפוש אחר התעלות שאחראיות על תחושה זו עדיין נמשך. 

מביירות לסטוקהולם, דרך לוס אנג'לס

דייויד ג'וליוס נולד ב-1955 בניו יורק, וסיים לימודי תואר ראשון בביולוגיה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטסט. הוא המשיך ללימודי דוקטורט באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, וסיים ב-1984. לאחר פוסט-דוקטורט התקבל ב-1989 כחוקר באוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו, שם הוא פרופסור עד היום. הוא זכה בפרסים רבים על עבודתו ביניהם פרס שו ב-2010, פרס גיירדנר ב-2017 פרס Breakthrough award בשנת 2020, ופרס קוולי באותה שנה, עם פטפוטיאן.  

ארדם פטפוטיאן נולד ב-1967 בלבנון, ובעקבות המלחמה שם היגרה משפחתו ב-1986 לארצות הברית והשתקעה בלוס אנג'לס. הוא הספיק להתחיל את לימודיו באוניברסיטה האמריקאית בביירות, ובארצות הברית המשיך לתואר ראשון בביולוגיה באוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס. ב-1996 סיים את לימודי הדוקטורט במכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק), ולאחר מכן המשיך לפוסט דוקטורט באוניברסיטת קליפורניה בסן-פרנסיסקו. משנת 2000 הוא חוקר במכון סקריפס בקליפורניה. הוא זכה בפרסים רבים על מחקריו, בהם פרס ספנסר (2019), פרס רוזנסטיל (2020) וכאמור פרס קאוולי עם ג'וליוס.