Descubren proteína responsable de la sensación de frío

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Investigadores de la Universidad de Michigan identificaron la proteína que hace que los mamíferos sintamos frío. Así, completaron un casillero muy antiguo que estaba vacío en el campo de la biología sensorial.

**Representación artística de una red de neuronas como cristales de hielo. Crédito de la imagen: Image credit: Rajani Arora**

Los hallazgos, publicados en Nature Neuroscience, podrían ayudar a desentrañar cómo percibimos y sufrimos el frío invernal, y por qué algunos pacientes experimentan el frío de manera diferente en condiciones particulares de una enfermedad.

Se comenzaron “a descubrir estos sensores de temperatura más de 20 años atrás, con el descubrimiento de una proteína sensora de calor llamada TRPV1”, señaló el neurocientífico Shawn Xu, profesor del University of Michigan Life Sciences Institute y autor principal de la nueva investigación.

“Varios estudios hallaron proteínas que detectan temperaturas calientes, cálidas e incluso frías, pero no hemos podido confirmar qué detecta las temperaturas inferiores a unos 15°C.”, dijo Xu.

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

**Imagen de Caenorhabditis elegans donada por Zeynep F. Altun, editor de Worm Atlas a la Wikipedia**

Debido a que el gen que codifica la proteína de C. elegans se conserva evolutivamente en muchas especies, incluidos ratones y humanos, ese hallazgo proporcionó un punto de partida para verificar el sensor de frío en mamíferos: una proteína llamada GluK2 (abreviatura de Glutamate ionotropic receptor kainate type subunit 2) que puede tener un rol en la plasticidad sináptica, el aprendizaje y la memoria. Asimismo, puede estar involucrado en la transmisión de información visual desde la retina al hipotálamo.

Para el estudio que abordamos aquí, un equipo de investigadores de Life Sciences Institute y el U-M College of Literature, Science, and the Arts probaron su hipótesis en ratones a los que les faltaba el gen GluK2 que, por lo tanto, no pudieron producir ninguna proteína GluK2. A través de una serie de experimentos para probar las reacciones conductuales de los animales a la temperatura y otros estímulos mecánicos, el equipo descubrió que los ratones respondían normalmente a temperaturas calientes, cálidas y frías, pero no mostraron respuesta alguna al frío intenso.

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

“Ahora sabemos que esta proteína cumple una función totalmente diferente en el sistema nervioso periférico, procesando señales de temperatura en lugar de señales químicas para detectar el frío”, dijo Bo Duan, profesor asociado de biología molecular, celular y del desarrollo de la UM y coautor principal del estudio.

Si bien GluK2 es más conocido por su papel en el cerebro, Xu especula que este papel de detección de temperatura puede haber sido uno de los propósitos originales de la proteína. El gen GluK2 tiene parientes en todo el árbol evolutivo y se remonta a bacterias unicelulares.

Shawn Xu, profesor de biología molecular e integradora en la Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan — Shawn Xu, profesor de fisiología molecular e integradora en la Facultad de Medicina de la UM, quien estudia cómo los organismos detectan y procesan señales sensoriales, y la influencia que estos estímulos sensoriales tienen en el comportamiento y en los programas genéticos que afectan la salud y la longevidad.

“Una bacteria no tiene cerebro, entonces, ¿por qué evolucionaría una manera de recibir señales químicas de otras neuronas? Tendría una gran necesidad de sentir su entorno, y tal vez la temperatura como a los productos químicos. Creo que la detección de la temperatura puede ser una función antigua, al menos para algunos de estos receptores de glutamato, que finalmente fue cooptada a medida que los organismos desarrollaron sistemas nerviosos más complejos.”, dijo Xu, quien también es profesor de fisiología molecular e integradora en la Facultad de Medicina de la UM.

Además de llenar un vacío en el rompecabezas de detección de temperatura, Xu cree que el nuevo hallazgo podría tener implicaciones para la salud y el bienestar humanos. Los pacientes con cáncer que reciben quimioterapia, por ejemplo, a menudo experimentan reacciones dolorosas ante el frío.

“Este descubrimiento de GluK2 como sensor de frío en mamíferos abre nuevos caminos para comprender mejor por qué los humanos experimentan reacciones dolorosas al frío, e incluso tal vez ofrezca un objetivo terapéutico potencial para tratar ese dolor en pacientes cuya sensación de frío está sobreestimulada”, dijo Xu.

La investigación contó con el apoyo de National Institutes of Health de Estados Unidos. Todos los procedimientos realizados en ratones fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales y realizados de acuerdo con las directrices institucionales.

Los autores del estudio son: Wei Cai, Wenwen Zhang, Chia Chun Hor, Tong Pan, Mahar Fatima, Bo Duan y XZ Shawn Xu de la Universidad de Michigan; y Qin Zheng y Xinzhong Dong de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.