Crédito: Photo by Vidar Nordli-Mathisen no Unsplash
Um estudo realizado em camundongos por pesquisadores da Universidade de Michigan identificou uma proteína conhecida como GluK2 (glutamato ionotrópico receptor cainato tipo subunidade 2) que permite aos mamíferos sentir frio. A descoberta ajuda a preencher uma lacuna de conhecimento de longa data no campo da biologia sensorial e pode permitir que os cientistas desvendem como sentimos e sofremos com a temperatura fria no inverno e, potencialmente, entender melhor por que alguns pacientes experimentam o frio de forma diferente sob condições específicas de doença. Os resultados também apontam para o GluK2 como um potencial alvo terapêutico para a dor ao frio.
"Esta descoberta do GluK2 como um sensor de frio em mamíferos abre novos caminhos para entender melhor por que os humanos experimentam reações dolorosas ao frio, e talvez até ofereça um alvo terapêutico potencial para tratar essa dor em pacientes cuja sensação de frio é superestimulada", disse o líder da pesquisa, Shawn Xu, PhD, professor do Instituto de Ciências da Vida da U-M. Xu é autor sênior do artigo publicado pela equipe na Nature Neuroscience, intitulado "O receptor kainite GluK2 medeia a detecção de frio em camundongos", no qual eles concluíram "No estudo atual, caracterizando camundongos GluK2 KO, fornecemos várias linhas de evidência descobrindo um papel chave da GluK2 na detecção de frio. Nossos resultados demonstram que o GluK2 medeia a detecção de frio em camundongos, apoiando o GluK2 como um sensor de frio."
A temperatura tem um "impacto profundo na vida de todos os organismos na Terra", afirmaram os autores. "Para sobreviver e se adaptar ao ambiente em constante mudança, animais e humanos desenvolveram um sistema somatossensorial especializado para detectar mudanças de temperatura no ambiente, ajustando assim seu comportamento e fisiologia de acordo", continuam.
No entanto, embora os termosensores que detectam temperaturas frias, quentes e quentes tenham sido amplamente caracterizados, pouco se sabe sobre aqueles que detectam temperaturas frias. "O campo começou a descobrir esses sensores de temperatura há mais de 20 anos, com a descoberta de uma proteína sensível ao calor chamada TRPV1", disse o neurocientista Xu. "Vários estudos encontraram as proteínas que sentem temperaturas quentes, quentes e até frias – mas não conseguimos confirmar o que detecta temperaturas abaixo de cerca de 60 graus Fahrenheit."
Os autores explicaram ainda: "Embora vários candidatos, particularmente aqueles canais TRP termossensíveis, tenham sido propostos como sensores frios, seus papéis na mediação da detecção de frio em neurônios somatossensoriais in vivo não foram validados. Como tal, as identidades moleculares dos sensores frios permanecem indefinidas, deixando uma lacuna de conhecimento em nossa compreensão da sensação térmica."
Em um estudo de 2019, pesquisadores do laboratório de Xu descobriram a primeira proteína do receptor sensível ao frio em Caenorhabditis elegans, uma espécie de verme de milímetros de comprimento que o laboratório estuda como um sistema modelo para entender as respostas sensoriais. O gene que codifica a proteína C. elegans é conservado evolutivamente em muitas espécies, incluindo camundongos e humanos, então a descoberta forneceu um ponto de partida para verificar o GluK2 como o sensor de frio em mamíferos.
Os pesquisadores, do Instituto de Ciências da Vida e da Faculdade de Literatura, Ciência e Artes da U-M, testaram sua hipótese em camundongos que não tinham o gene GluK2 e, portanto, não conseguiram produzir nenhuma proteína GluK2. "... caracterizamos camundongos sem o receptor de glutamato do tipo kainato GluK2, um homólogo mamífero do sensor frio GLR-3 de Caenorhabditis elegans", escreveram. Por meio de uma série de experimentos para testar as reações comportamentais dos animais à temperatura e outros estímulos mecânicos, os pesquisadores descobriram que os camundongos respondiam normalmente a temperaturas quentes, quentes e frias, mas não apresentavam resposta ao frio nocivo. "Embora os camundongos nocaute GluK2 respondam normalmente ao calor e aos estímulos mecânicos, eles exibem um déficit específico na detecção de temperaturas frias, mas não frias", apontaram os cientistas. Eles também confirmaram que a deleção seletiva de GluK2 dos neurônios do gânglio da raiz dorsal (DRG) levou a fenótipos semelhantes de detecção de frio, "... sugerindo que GluK2 funciona em neurônios DRG para mediar a detecção de frio."
GluK2 é encontrado principalmente em neurônios no cérebro, onde recebe sinais químicos para facilitar a comunicação entre os neurônios. Mas também é expresso em neurônios sensoriais no sistema nervoso periférico (fora do cérebro e da medula espinhal). "Nossos resultados identificam uma função inesperada do GluK2 – um receptor de cainato mais conhecido por transmitir sinais sinápticos químicos no sistema nervoso central – na detecção de temperaturas frias na periferia", concluiu a equipe.
"Agora sabemos que essa proteína serve a uma função totalmente diferente no sistema nervoso periférico, processando sinais de temperatura em vez de sinais químicos para sentir o frio", disse Bo Duan, PhD, professor associado de biologia molecular, celular e do desenvolvimento da U-M e coautor sênior do estudo.
Embora o GluK2 seja mais conhecido por seu papel no cérebro, Xu especula que esse papel de detecção de temperatura pode ter sido um dos propósitos originais da proteína. O gene GluK2 tem parentes em toda a árvore evolutiva, indo até as bactérias unicelulares.
"Uma bactéria não tem cérebro, então por que ela evoluiria uma maneira de receber sinais químicos de outros neurônios?", disse Xu, que também é professor de fisiologia molecular e integrativa na Faculdade de Medicina da U-M. "Mas teria grande necessidade de sentir seu ambiente, e talvez tanto a temperatura quanto os produtos químicos. Então, acho que o sensoriamento de temperatura pode ser uma função antiga, pelo menos para alguns desses receptores de glutamato, que acabou sendo cooptada à medida que os organismos evoluíram sistemas nervosos mais complexos."
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