Investigadores de la Universidad de Michigan han identificado la proteína que permite a los mamíferos sentir el frío, colmando así una antigua laguna de conocimiento en el campo de la biología sensorial.

Los hallazgos, publicados en Nature Neuroscience, podrían ayudar a desentrañar cómo percibimos y sufrimos las bajas temperaturas en invierno, y por qué algunos pacientes experimentan el frío de forma diferente en determinadas condiciones de enfermedad.

Hace más de 20 años que se empezaron a descubrir estos sensores de temperatura, con el descubrimiento de una proteína sensible al calor llamada TRPV1, explica el neurocientífico Shawn Xu, profesor del Instituto de Ciencias de la Vida de la UM y autor principal de la nueva investigación.

Varios estudios han encontrado las proteínas que detectan temperaturas calientes, tibias e incluso frías, pero no hemos podido confirmar qué detecta temperaturas por debajo de aproximadamente 60 grados Fahrenheit (15,5 grados Celsius).

En un estudio de 2019, los investigadores del laboratorio de Xu descubrieron la primera proteína receptora sensible al frío en Caenorhabditis elegans, una especie de gusanos milimétricos que el laboratorio estudia como sistema modelo para comprender las respuestas sensoriales.

Dado que el gen que codifica la proteína de C. elegans está evolutivamente conservado en muchas especies, incluidos ratones y humanos, ese hallazgo proporcionó un punto de partida para verificar el sensor del frío en mamíferos: una proteína llamada GluK2 (abreviatura de Glutamate ionotropic receptor kainate type subunit 2).

Estructura de la proteína en los humanos
Estructura de la proteína en los humanos. Crédito: Emw / Wikimedia Commons

Para este último estudio, un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias de la Vida y de la Facultad de Letras, Ciencias y Artes de la UM puso a prueba su hipótesis en ratones a los que les faltaba el gen GluK2, por lo que no podían producir ninguna proteína GluK2. Mediante una serie de experimentos para comprobar las reacciones conductuales de los animales a la temperatura y otros estímulos mecánicos, el equipo descubrió que los ratones respondían con normalidad a las temperaturas cálidas, templadas y frías, pero no mostraban ninguna respuesta al frío nocivo.

GluK2 se encuentra principalmente en las neuronas del cerebro, donde recibe señales químicas para facilitar la comunicación entre neuronas. Pero también se expresa en neuronas sensoriales del sistema nervioso periférico (fuera del cerebro y la médula espinal).

Ahora sabemos que esta proteína desempeña una función totalmente distinta en el sistema nervioso periférico, ya que procesa señales de temperatura en lugar de señales químicas para percibir el frío, explica Bo Duan, profesor asociado de biología molecular, celular y del desarrollo de la UM y coautor principal del estudio.

Aunque GluK2 es más conocida por su papel en el cerebro, Xu especula con la posibilidad de que esta función de detección de la temperatura fuera uno de los objetivos originales de la proteína. El gen GluK2 tiene parientes en todo el árbol evolutivo, remontándose hasta las bacterias unicelulares.

Una bacteria no tiene cerebro, así que ¿por qué iba a desarrollar una forma de recibir señales químicas de otras neuronas? Pero tendría una gran necesidad de percibir su entorno, y quizá tanto la temperatura como las sustancias químicas, explica Xu, que también es catedrático de Fisiología Molecular e Integrativa en la Facultad de Medicina de la UM. Así que creo que la detección de la temperatura puede ser una función antigua, al menos para algunos de estos receptores de glutamato, que fue finalmente cooptada a medida que los organismos evolucionaban hacia sistemas nerviosos más complejos.

Además de llenar un vacío en el rompecabezas de la detección de la temperatura, Xu cree que el nuevo hallazgo podría tener implicaciones para la salud y el bienestar humanos. Los enfermos de cáncer que reciben quimioterapia, por ejemplo, suelen experimentar reacciones dolorosas al frío.

Este descubrimiento de GluK2 como sensor del frío en mamíferos abre nuevas vías para comprender mejor por qué los humanos experimentan reacciones dolorosas al frío, e incluso quizá ofrezca una posible diana terapéutica para tratar ese dolor en pacientes cuya sensación de frío está sobreestimulada, afirma Xu.

Fuentes

University of Michigan | Cai, W., Zhang, W., Zheng, Q. et al. The kainate receptor GluK2 mediates cold sensing in mice. Nat Neurosci (2024). doi.org/10.1038/s41593-024-01585-8

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