Un equipo de investigación de la Universidad Northwestern ha descubierto cómo el calor hirviendo y las lesiones tisulares activan un antiguo receptor de «dolor» en animales simples. Los hallazgos podrían conducir a nuevas estrategias para el diseño de fármacos analgésicos para el tratamiento de humanos.
El componente más simple (ya menudo el primero) de nuestra experiencia del dolor se llama «nocicepción». Esto se refiere al hecho de que los receptores dedicados en nuestro cuerpo responden rápidamente a condiciones potencialmente dañinas, como calor extremo o lesiones en los tejidos, para impulsar los reflejos protectores, como sacar una mano de una estufa caliente.
Los animales simples, como los gusanos y los insectos, no sufren dolor en el sentido humano, pero sí usan sistemas de receptores nociceptivos para alejarse de condiciones potencialmente dañinas.
En un estudio publicado esta semana por la revista Neurociencia de la naturalezael neurobiólogo de Northwestern Marco Gallio y sus colegas informan que los platelmintos, las moscas de la fruta y los humanos pueden usar un mecanismo genético molecular notablemente similar para responder al calor hirviendo, los productos químicos irritantes y las lesiones tisulares.
«Que las planarias usen el mismo receptor molecular que las moscas, los ratones y los humanos para detectar estímulos potencialmente dañinos o nocivos del medio ambiente muestra un nivel notable de conservación evolutiva», dijo Gallio, profesor asistente de neurobiología en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y la autor correspondiente del estudio.
Esto implica que nuestros reflejos de dolor más simples tienen mucho en común con los de la mayoría de los otros animales y que lo que los científicos aprenden al hacer investigaciones básicas sobre los sistemas más simples puede tener repercusiones que se extienden hasta el tratamiento del dolor en humanos.
«Los platelmintos planarios se encuentran entre los animales más simples con un cerebro central y son capaces de comportamientos activos como cazar y buscar comida», dijo Gallio. «Como tales, son un gran modelo para comprender algunos de los principios básicos del funcionamiento del sistema nervioso».
El equipo de investigación de Gallio descubrió que las planarias poseen su propia variante de un receptor ya famoso, el potencial receptor transitorio anquirina 1 (TRPA1). TRPA1 es mejor conocido como el «receptor de wasabi» en humanos y como sensor de irritantes ambientales que dan lugar a la sensación de dolor y picazón. TRPA1 es un objetivo importante para los nuevos fármacos analgésicos.
En su estudio, Gallio y sus colegas descubrieron que la planaria simple también posee TRPA1 y que, como en los humanos, controla las respuestas a sustancias químicas irritantes. Sin embargo, en otros aspectos, la planaria TRPA1 se parecía más a la TRPA1 de la mosca de la fruta; en lugar de ser activado por una temperatura fría dolorosa (como la de los humanos), resultó esencial para alejar a los gusanos del calor peligroso.
«Los gusanos planarios diseñados para carecer de TRPA1 parecían completamente insensibles al calor potencialmente letal y se aventuraron en nuestra cámara experimental calentada como si no fueran conscientes del peligro», dijo Gallio. «Esto fue notable pero también desconcertante. Sabíamos por otros experimentos que la TRPA1 planaria no se activaba directamente por la temperatura caliente, como lo son las TRPA1 de otras especies».
Para probar esto más a fondo, los investigadores diseñaron un experimento ambicioso. «Producimos intercambios de genes entre gusanos planarios, humanos y moscas», dijo Gallio.
«Descubrimos que el TRPA1 planario (insensible al calor, por sí solo) e incluso el gen TRPA1 humano (activado por el frío en lugar del calor) podrían rescatar a una mosca de la fruta mutante TRPA1 y restaurar su capacidad para responder al calor abrasador. Esto fue tanto emocionante y desconcertante», dijo.
La solución a este enigma provino de otros experimentos, que muestran que el calor potencialmente peligroso provoca la producción de un intermediario químico tanto en las planarias como en las moscas. El daño tisular suele ir acompañado de la rápida producción de una firma química compuesta de peróxido de hidrógeno (H2O2) y otras especies reactivas de oxígeno (ROS).
«Nuestros resultados demuestran que H2O2 y ROS también se producen por calor hirviendo, y esto encaja bien con el papel de TRPA1 como receptor de una variedad de sustancias químicas irritantes, incluidas H2O2 y ROS», dijo Gallio.
La idea que proponen Gallio y sus colegas es que cuando un animal, ya sea un gusano, una mosca o un ser humano, entra en contacto con temperaturas potencialmente dañinas, la producción rápida y localizada de H2O2 y ROS del tejido escaldado activa TRPA1 en las neuronas nociceptivas. , contribuyendo al desencadenamiento de una respuesta de alarma que aleja al animal de un peligro mayor.
El laboratorio Gallio generalmente usa la mosca de la fruta Drosophila (el organismo modelo estudiado por los ganadores del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de este año por los descubrimientos sobre el reloj circadiano) como un sistema modelo para estudiar cómo el cerebro procesa información simple sobre el medio ambiente. Para este trabajo, Gallio se asoció con Christian Petersen, profesor asociado en el departamento de biociencias moleculares de Northwestern, que utiliza platelmintos como modelo para la regeneración de órganos.
«Los gusanos planos son un modelo menos común en la neurociencia del comportamiento, pero están bien estudiados por su capacidad para regenerar un cuerpo completamente nuevo incluso a partir de pequeños fragmentos recortados», dijo Petersen, uno de los autores del artículo. «Este trabajo demuestra la importancia de estudiar diversos organismos modelo para revelar los componentes conservados de un proceso biológico complejo. El estudio abre la puerta a la disección de la genética del comportamiento y las respuestas ambientales utilizando planarias».
