Наука обоняния: получены первые молекулярные образы действия рецепторов запаха

Рецепторы - это ключевые структуры, которые помогают нам понимать окружающий мир с помощью пяти органов чувств

0 434

Наше обоняние кажется самым сложным и поэтому наименее понятным чувством. Чтобы пролить на него, исследователи из Университета Рокфеллера сделали первые снимки обонятельного рецептора с помощью криоэлектронного микроскопа.

Рецепторы – это ключевые структуры, которые помогают нам понимать окружающий мир с помощью пяти органов чувств. На коже есть сенсорные рецепторы, в глазах фоторецепторы сетчатки, вкусовые рецепторы на языке, звуковые рецепторы во внутреннем ухе и обонятельные рецепторы в носу.

Все они реагируют на разные стимулы, открывая ионные каналы для передачи сигналов в для интерпретации того, что мы испытываем.

Но обонятельные рецепторы – самые загадочные из всех. В то как нам нужны только три типа рецепторов в глазах, чтобы видеть, и шесть – в ухе, чтобы слышать, для обоняния требуется более 400 рецепторов – и даже они выполняют двойную функцию, обнаруживая миллионы различных молекул пахучих веществ.

Специфический запах, такой как кофе или розы, состоит из сотен химических компонентов, которые стимулируют различные рецепторы, и этот точный паттерн активации помогает мозгу расшифровать, чем именно пахнет.

«Обонятельная система должна распознавать огромное количество молекул, имея всего несколько сотен рецепторов запаха», – говорит Ванесса Рута, автор исследования. «Ясно, что она должна была развить логику, отличную от других сенсорных систем».

Для нового исследования команда исследователей приступила к изучению этой сложной логики. Главный вопрос, на который они хотели ответить, заключался в том, как один рецептор может распознавать разные химические вещества, несмотря на то, что эти молекулы имеют разные размеры и формы.

Чтобы выяснить это, они использовали метод, называемый криоэлектронной микроскопией, который включает стрельбу пучком электронов в замороженный образец для получения трехмерного изображения его крошечных молекулярных структур. Это было выполнено на обонятельных рецепторах насекомого, из отряда Archaeognatha, которое имеет относительно простую систему восприятия запаха, содержащую всего пять типов рецепторов.

Из них ученые выбрали один под названием OR5, который реагировал на 60 процентов молекул запаха, на которых они его тестировали. Затем они изучили структуру рецептора OR5, когда он был один, и когда он был связан с одной из двух молекул пахучих веществ – эвгенолом (или гвоздичным маслом) и репеллентом ДЭТА, репеллентом насекомых.

«Мы многому научились, сравнивая эти три структуры», – говорит Ванесса Рута. «Одна из прекрасных вещей, которые вы можете увидеть, – это то, что в несвязанной структуре пора закрыта, но в структуре, где она связана либо с эвгенолом, либо с ДЭТА, пора расширилась и обеспечивает путь для движения ионов».

Иллюстрация обонятельного рецептора
Иллюстрация обонятельного рецептора в невозбужденном состоянии (синий) и когда он активирован (розовый) молекулой запаха. При активации ионный канал в центре расширяется, посылая в сообщение о том, что рецептор активирован.

Затем исследователи изучили, где именно молекулы связывались с рецептором. Несмотря на то, что эти две молекулы очень разные, оказалось, что они связываются в одном и том же месте, в одном кармане рецептора. Это фактически противоречит двум основным гипотезам: рецепторы связываются с определенной частью молекулы, которая может быть общей для большой группы запахов, или что рецепторы используют разные карманы для хранения разных молекул. Что еще более странно, пары рецепторов и молекул связывались слабо.

«Эти виды неспецифических химических взаимодействий позволяют распознавать различные пахучие вещества», – говорит Ванесса Рута. «Таким образом, рецептор не является селективным по отношению к определенному химическому элементу. Скорее, это признание более общей химической природы одоранта».

Исследователи говорят, что наблюдение помогает объяснить, как рецепторы могут связываться с большими группами молекул запаха, но не со всеми. Это помогает меньшему количеству рецепторов встраиваться в обонятельную систему, которая может распознавать миллионы различных химических веществ.

Они также обнаружили, что достаточно одной мутации в аминокислотах связывания, чтобы изменить молекулы, которые будут фиксироваться. Это, в свою очередь, может объяснить, как у насекомых появилось так много разновидностей рецепторов запаха. Ученые заключают, что общий принцип, лежащий в основе этого процесса, вероятно, также встречается у других животных, включая людей.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x