Komórki nerwowe mogą rozróżniać bilion zapachów dzięki RNA

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył mechanizm, który odpowiada za to, że komórki węchowe wykrywają określone substancje zapachowe.

W nosach ssaków są miliony komórek nerwowych, każda z nich odpowiada jednemu z receptorów zakodowanych w genomie. Dzięki powiązanym neuronom i genom ssaki mogą rozróżniać bilion różnych zapachów. Naukowcy z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku (USA) sprawdzili, w jaki sposób działa węch.

Zespół badawczy kierowany przez naukowców z Zuckerman Institute na Uniwersytecie Columbia (USA) opisuje nieznany wcześniej, sprawdzony podczas badań na myszach mechanizm, w którym istotną rolę odgrywa kwas rybonukleinowy (RNA). Proces ten może wyjaśnić, w jaki sposób każdy neuron węchowy zostaje dostosowany do wykrywania określonej substancji chemicznej. I tak niektóre komórki czuciowe w naszych nosach powiązane są np. z receptorami odpowiedzialnymi za wyłapywanie etylowaniliny, czyli związku chemicznego charakterystycznego dla zapachu wanilii, a inne wykrywają limonen – substancję, którą pachnie cytryna.

"To, w jaki sposób komórki czuciowe w nosie dokonują wyboru receptorów, było jedną z najdłużej nierozwiązanych tajemnic dotyczących węchu. Teraz działanie zmysłu powonienia jest jaśniejsze" – powiedział dr Stavros Lomvardas, biochemik i biofizyk z Zuckerman Institute na Uniwersytecie Columbia, współautor artykułu opublikowanego w "Nature".

Badacze stwierdzili, że tajemnica węchu tkwi w jądrze każdej odpowiedzialnej za wykrywanie zapachów komórki nerwowej. Tam, w czasie rozwoju neuronu, różne geny receptorów węchowych rywalizują ze sobą. Ten, który okaże się dominujący, określa wrażliwość komórki na konkretny zapach. Dr Lomvardas i jego zespół odkryli, jak przebiega proces, podczas którego wyłania się zwycięski gen.

"To w zasadzie bitwa pomiędzy tysiącem rywali" – wyjaśnił neurobiolog Ariel Pourmorady, główny autor artykułu i doktorant z Instytutu Zuckermana.

Autorzy opracowania odkryli, że to genom decyduje o regulacji genów w neuronach, której efektem jest ogromna różnorodność na poziomie komórkowym. Dzięki temu, jak mówi dr Lomvardas, "skończona liczba genów może doprowadzić do rozpoznania niemal nieskończonej liczby zapachów".

"Okazuje się, że genom ma pewną organizację przestrzenną w jądrze komórkowym, a zmiany w tej strukturze są decydujące, jeśli chodzi o to, które geny są obecne w białkach takich jak receptory węchowe" – tłumaczył Pourmorady.

Naukowcy opisują badania na myszach. Wyniki wskazują, że to RNA jest kluczowym związkiem w mechanizmie wyboru genów w układzie węchowym. RNA pełni rolę cząsteczki pośredniczącej w transferze informacji genetycznej między DNA a białkami. Teraz badacze odkryli także inną istotną funkcję kwasu rybonukleinowego.

"Wygląda na to, że RNA wytwarzane przez komórkę podczas ekspresji genów zmienia architekturę genomu. Wzmacnia ekspresję jednego genu receptora węchowego, jednocześnie wyłączając wszystkie inne" – powiedział Pourmorady.

Badacze wyjaśniają, że dojrzewające komórki węchowe początkowo zawierają wiele genów receptorów węchowych, ale RNA redukuje konkurujące ze sobą geny do jednego. Dzięki temu powstają neurony węchowe, z których każdy ma na swojej powierzchni tylko jeden receptor zapachu.

"Możemy obserwować wewnątrz jądra pojedynczej komórki szczegóły molekularne i genomowe. To już badania niemal jak z science fiction, jednak musimy pracować dalej, by zrozumieć w pełni zagadkę zmysłu powonienia" – uważa dr Lomvardas.

Specjaliści uważają, że ludzki nos potrafi rozróżnić bilion różnych zapachów – dzięki milionom komórek nerwowych w nosie i ok. 400 genom związanych ze zmysłem powonienia. To ważne z punktu widzenia codziennego funkcjonowania i przetrwania – węch pozwala wybierać odpowiednie pożywienie, partnerów, rozpoznawać przyjaciół od wrogów, wyczuwać zagrożenie albo przywoływać wspomnienia. (PAP)

abu/ zan/