Forscher der Universität von Michigan haben das Protein entdeckt, das für das Kälteempfinden verantwortlich ist

Forscher der Universität Michigan haben das Protein identifiziert, das es Säugetieren ermöglicht, Kälte zu spüren, und damit eine seit langem bestehende Wissenslücke auf dem Gebiet der sensorischen Biologie geschlossen. Erfahren Sie hier mehr!

Kälte; Wärmegefühl
Bisher kannte man nur Proteine, die heiße, warme und sogar kalte Temperaturen erkennen, allerdings bei Temperaturen über 15ºC.

Diese neuen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Art und Weise zu entschlüsseln, wie wir die Kälte im Winter empfinden und darunter leiden, und warum manche Patienten die Kälte bei bestimmten Krankheiten anders empfinden.

"Wir begannen vor mehr als 20 Jahren mit der Entdeckung eines hitzeempfindlichen Proteins namens TRPV1, diese Temperatursensoren zu entdecken".

Shawn Xu, Neurowissenschaftler und Professor am Life Sciences Institute der University of Michigan und einer der Autoren der neuen Studie.

Viele Studien haben die Proteine gefunden, die heiße, warme und sogar kalte Temperaturen erkennen - aber die Autoren dieser Studie sagen, dass sie bis jetzt nicht in der Lage waren, zu bestätigen, was Temperaturen unter etwa 15 ºC erkennt.

Frühere und aktuelle Studien: die Ergebnisse

In einer Studie aus dem Jahr 2019 entdeckten Forscher aus Xus Labor das erste kälteempfindliche Rezeptorprotein in Caenorhabditis elegans, einer Millimeterwurmart, die das Labor als Modellsystem zum Verständnis sensorischer Reaktionen untersucht.

Da das Gen, das für das Protein aus C. elegans kodiert, in vielen Arten, einschließlich Mäusen und Menschen, evolutionär konserviert ist, bot diese Entdeckung einen Ausgangspunkt für die Verifizierung des Kältesensors bei Säugetieren: ein Protein namens GluK2 (kurz für Glutamat ionotrope Rezeptor Kainat Typ Untereinheit 2).

Für diese jüngste Studie hat ein Team von Forschern des Instituts für Biowissenschaften und der Fakultät für Kunst, Wissenschaften und Literatur der Universität von Michigan (U-M) ihre Hypothese an Mäusen getestet, denen das GluK2-Gen fehlte und die daher keine GluK2-Proteine produzieren konnten.

In einer Reihe von Experimenten, in denen die Verhaltensreaktionen der Tiere auf Temperatur und andere mechanische Reize getestet wurden, fand das Team heraus, dass die Ratten normal auf heiße, warme und kalte Temperaturen reagierten, aber keine Reaktion auf schädliche Kälte zeigten.

GluK2 findet sich hauptsächlich in den Neuronen des Gehirns, wo es chemische Signale empfängt, um die Kommunikation zwischen ihnen zu erleichtern. Es wird aber auch in den sensorischen Neuronen des peripheren Nervensystems (außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks) exprimiert.

"Wir wissen jetzt, dass dieses Protein im peripheren Nervensystem eine völlig andere Funktion hat, indem es Temperatursignale anstelle von chemischen Signalen verarbeitet, um Kälte zu spüren."

Bo Duan, außerordentlicher Professor für Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie an der U-M und Mitautor der Studie.

Obwohl GluK2 am besten für seine Rolle im Gehirn bekannt ist, spekuliert Xu, dass diese temperatursensitive Rolle eines der ursprünglichen Ziele des Proteins gewesen sein könnte. Das GluK2-Gen hat Verwandte im gesamten Stammbaum der Evolution, die bis zu einzelligen Bakterien zurückreichen.

Xu glaubt, dass die neue Entdeckung nicht nur eine Lücke im Rätsel der Temperatursensoren schließt, sondern auch Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden haben könnte. Krebspatienten, die eine Chemotherapie erhalten, reagieren zum Beispiel oft schmerzhaft auf Kälte.

"Die Entdeckung von GluK2 als Kältesensor bei Säugetieren eröffnet neue Wege, um besser zu verstehen, warum Menschen schmerzhaft auf Kälte reagieren, und bietet vielleicht sogar ein potenzielles therapeutisches Ziel zur Behandlung dieser Schmerzen bei Patienten, deren Kälteempfinden überstimuliert ist", sagte Xu.

Diese Forschung wurde von den National Institutes of Health unterstützt. Alle an Ratten durchgeführten Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee genehmigt und in Übereinstimmung mit den institutionellen Richtlinien durchgeführt.

Quellenhinweis:
Cai W., Zhang W., Zheng Q., et al. The kainate receptor GluK2 mediates cold sensing in mice. Nature Neuroscience (2024).