Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2021: Die Haut im Zentrum – wie Wärme, Kälte, Schmerz und mechanische Reize funktionieren

Nobelkomitee ehrt zwei Forscher, die das komplexe Zusammenspiel von Umweltreizen, Hautempfindungen und Nervensystem untersuchen

Autor: Rudolf Stadler

In diesem Jahr teilen sich zwei Grundlagenforscher den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Das Stockholmer Komitee ehrt die US-amerikanischen Wissenschaftler David Julius und Ardem Patapoutian. Julius forschte und identifizierte einen Rezeptor, der eine zentrale Rolle bei der Wahrnehmung von Temperaturen und Berührungen einnimmt; Patapoutian arbeitete zu Sensoren, die Druck auf der Haut und die sogenannte Tiefensensibilität wahrnehmbar machen. Letztere wird als komplexe Sinneswahrnehmung definiert, die es dem Gehirn ermöglicht, die Position des Körpers und den Aktivitätszustand aller Körperteile zu registrieren.

Die Haut, die „wichtigsten zwei Quadratmeter unseres Lebens“, stehen im Mittelpunkt des diesjährigen Nobelpreises für Physiologie oder Medizin, der an die beiden US-Wissenschaftler, den Molekularbiologen und Sinnesphysiologen Professor David Julius und den Molekularbiologen und Neurowissenschaftler Professor Ardem Papapoutian vergeben wird.

Professor Julius und Professor Papapoutian werden für Ihre Entdeckung von Rezeptoren für Temperatur, Schmerz und Berührung im Körper ausgezeichnet. Es wurden erstmalig die Gene TRPV1+ und Piezo 1 und 2 beschrieben.

TRPV1+-Neuronen sind eine Untergruppe peripherer sensorischer afferenter Neuronen mit freien Nervenenden, die weit über die Haut verteilt sind und Oberflächenrezeptoren exprimieren, die auf die Erkennung schmerzauslösender Signale spezialisiert sind. Die Aktivierung der Rezeptoren führt zur Aktivierung des Nervs und zur Erzeugung eines Aktionspotenzials, das sich von der Haut zu den Spinalganglien und zum ZNS ausbreitet und zu einer Schmerzempfindung führt. 

Kürzlich wurde festgestellt, dass sich TRPV1+-Neuronen häufig in unmittelbarer Nähe von dendritischen Zellen befinden und für angeborene Immunreaktionen vom Typ 17 erforderlich sind. Bei einer angeborenen Immunreaktion vom Typ 17 löst der erste Kontakt mit dem Erreger eine Kaskade von Ereignissen aus, die mit der Produktion der frühen Zytokine Interleukin (IL)-23, IL-6 und Tumor-Nekrose-Faktor alpha (TNF-α) beginnt. Diese Zytokine aktivieren und rekrutieren T-Zellen, die die Hauptquelle für IL-17A und andere Effektorzytokine sind, die zusammen direkt antimikrobielle Programme in Keratinozyten aktivieren und Neutrophile in die Haut rekrutieren. Stichwort: Psoriasis!

Wie wir Berührung wahrnehmen, war bisher weitgehend unbekannt. Der Merkelzell-Neuritenkomplex ist seit mehr als 50 Jahren für die Wahrnehmung sanfter Berührungen bekannt. Mit der Entdeckung von Piezo 1 und 2 Genen ist es gelungen, den Mechanismus der Mechanosensoren zu entschlüsseln. Der Mechanorezeptorkomplex ermöglicht hochentwickelte Reaktionen auf bestimmte mechanische Reize auszulösen. Mehr als 145 Jahre nach der Erstbeschreibung der Merkelzelle durch den Göttinger Anatomen Friedrich Merkel rückt diese Sinneszelle im Hautorgan wieder in den Mittelpunkt der Wissenschaft.

Literatur:
Caterina MJ, Rosen TA, Tominaga M, Brake AJ, Julius D. A capsaicin-receptor homologue with a high threshold for noxious heat. NATURE, 1999 Apr 1;398(6726):436-41. doi: 10.1038/18906.

Cohen JA, Edwards TN, Liu AW, Hirai T, Jones MR, Wu J, Li Y, Zhang S, Ho J, Davis BM, Albers KM, Kaplan DH.
Cutaneous TRPV1+ Neurons Trigger Protective Innate Type 17.  Anticipatory Immunity. Cell 2019 Aug 8;178(4):919-932.e14. doi: 10.1016/j.cell.2019.06.022.

Coste B, Xiao B, Santos JS, Syeda R, Grandl J, Spencer KS, Kim SE, Schmidt M, Mathur J, Dubin AE, Montal M, Patapoutian A. Piezo proteins are pore-forming subunits of mechanically activated channels. Nature,483, 2012

Woo SH, Ranade S, Weyer AD, Dubin AE, Baba Y, Qiu Z, Petrus M, Miyamoto T, Reddy K, Lumpkin EA, Stucky CL, Patapoutian A. Piezo2 wird für die Merkelzell-Mechanotransduktion benötigt. Natur. 29. Mai 2014;509(7502):622-6. doi: 10.1038/nature13251. Epub 2014 Apr 6. PMID: 24717433; PMCID: PMC4039622.

Prof. Dr. med. Rudolf Stadler, Facharzt für Dermatologie und Venerologie, leitete als Chefarzt über 30 Jahre lang die Mindener Hautklinik am Johannes-Wesling-Klinikum, Universitätsklinik der Ruhr-Universität Bochum.

Erstellt am
06.10.2021
Themen
DDG Infos