Ein „sanftes Berührungs“-Molekül verleiht dem Menschen – und vielleicht auch einzelnen Zellen – ein leichtes Tastempfinden

Ihnen wurde wahrscheinlich beigebracht, dass wir fünf Sinne haben: Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Tasten. Das ist nicht ganz richtig: Beim „Berühren“ handelt es sich nicht um einen einzelnen Sinn, sondern um das Zusammenwirken mehrerer Sinne.

Unser Körper enthält ein Netzwerk sensorischer Nervenzellen mit Enden in der Haut, die eine Reihe verschiedener physischer Signale aus unserer Umgebung wahrnehmen. Das angenehme Gefühl einer sanften Berührung unterscheidet sich vom leichten Druck unserer Kleidung oder der Härte eines zwischen unseren Fingern gehaltenen Bleistifts, und all dies unterscheidet sich deutlich vom Schmerz eines verstopften Zehs.

Wie kommunizieren diese sensorischen Neuronen ein so breites Spektrum unterschiedlicher Eingaben?

In „Neue Forschung veröffentlicht in Wissenschaft„Die beiden Co-Autoren dieses Artikels und unsere Kollegen haben in Nervenzellen ein kraftempfindliches Molekül namens ELKIN1 gefunden, das speziell an der Erkennung sanfter Berührungen beteiligt ist. Dieses Molekül wandelt sanfte Berührungen in ein elektrisches Signal um, den ersten Schritt in der Prozess der sanften Berührungswahrnehmung.

Wie wir sanfte Berührungen spüren

Das Spüren sanfter Berührungen beginnt mit winzigen Verformungen der Haut durch eine leichte Bürste. Obwohl sie nicht viel zu sein scheinen, erzeugen diese Verformungen genug Kraft, um sensorische Moleküle zu aktivieren, die sich in speziellen Nervenenden in der Haut befinden.

Diese molekularen Kraftsensoren bilden eine Pore in der Zelloberfläche, die geschlossen bleibt, bis eine Kraft ausgeübt wird. Beim Eindrücken der Zelle öffnet sich die Pore und es fließt ein elektrischer Strom.

Dieser elektrische Strom kann ein Signal erzeugen, das sich entlang des sensorischen Nervs zum Rückenmark und hinauf zum Gehirn bewegt.

Unsere neue Forschung unter der Leitung von Gary Lewin und Sampurna Chakrabarti vom Max-Delbrück-Centrum in Berlin hat gezeigt, dass der Kraftsensor ELKIN1 notwendig ist, damit wir sehr sanfte Berührungen erkennen können.

Sie fanden heraus, dass Mäuse, denen das ELKIN1-Molekül fehlte, offenbar kein Wattestäbchen spürten, das sanft über ihre Pfote gezogen wurde. Die Mäuse behielten ihre Fähigkeit, andere Umweltinformationen wahrzunehmen, darunter auch andere Arten von Berührungen.

Verschiedene Moleküle für unterschiedliche Arten der Berührung

Diese neue Erkenntnis enthüllt einen Grund, warum wir mehrere Arten von „Berührungen“ wahrnehmen können: Wir verfügen über mehrere spezialisierte Kraftsensorproteine, die uns dabei helfen können, verschiedene Umweltsignale zu unterscheiden.

ELKIN1 ist das zweite Berührungsrezeptormolekül, das in sensorischen Neuronen entdeckt wurde. Der erste (PIEZO2) wurde 2010 von Ardem Patapoutian entdeckt, der für diese Arbeit später den Nobelpreis erhielt. PIEZO2 ist an der Wahrnehmung sanfter Berührungen sowie an einem als „Propriozeption“ bekannten Sinn beteiligt. Propriozeption ist das Gefühl dafür, wo sich unsere Gliedmaßen im Raum befinden und das uns hilft, unsere Bewegungen zu regulieren.

Die Identifizierung dieser kraftempfindlichen Moleküle ist eine Herausforderung für sich. Wir müssen in der Lage sein, Nervenzellen isoliert zu untersuchen und die in die Zelle fließenden elektrischen Ströme zu messen und gleichzeitig kontrollierte Kräfte auf die Zellen selbst auszuüben.

Fühlen Zellen?

Während ein Großteil unserer Forschung Mausneuronen untersuchte, können nicht alle von Mäusen gewonnenen wissenschaftlichen Daten direkt auf den Menschen übertragen werden.

Gemeinsam mit Teammitgliedern der Universität Wollongong versuchte eine von uns (Mirella Dottori) herauszufinden, ob ELKIN1 beim Menschen auf die gleiche Weise funktioniert. Sie haben menschliche Stammzellen so umprogrammiert, dass sie spezialisierte Nervenzellen produzieren, die auf „Berührungsreize“ reagieren. In diesen menschlichen Zellen hatte ELKIN1 ähnliche funktionelle Eigenschaften bei der Erkennung von Berührungen.

Während diese Forschung unser Verständnis darüber erweitert, wie wir die Welt um uns herum verstehen, wirft sie auch eine zusätzliche, faszinierende Möglichkeit auf.

ELKIN1 wurde erstmals von einer von uns (Kate Poole) und ihrem Team an der UNSW zusammen mit Gary Lewin und seinem Team identifiziert, als sie untersuchten, wie Melanomzellen sich von Modelltumoren lösen und sich ihren Weg durch ihre Umgebung „fühlen“. Dies könnte bedeuten, dass diese winzigen molekularen Kraftsensoren nicht nur uns, sondern auch unseren einzelnen Zellen einen differenzierten Tastsinn verleihen.

Zukünftige Forschungen werden weiterhin nach weiteren molekularen Kraftsensoren suchen und versuchen zu verstehen, wie sie unseren Zellen und uns helfen, sich in unserer physischen Umgebung zurechtzufinden.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.