Amerykańscy naukowcy zmapowali precyzyjną trójwymiarową strukturę ludzkiego receptora węchowego, robiąc krok naprzód w zrozumieniu najbardziej zagadkowego ze zmysłów.
Badanie, którego wyniki opublikowano 15 marca w czasopiśmie „Nature”, opisuje receptor węchowy o nazwie OR51E2 i pokazuje, w jaki sposób rozpoznaje on zapach sera poprzez specyficzne interakcje molekularne. – To w zasadzie nasze pierwsze zobrazowanie dowolnej cząsteczki zapachowej wchodzącej w interakcję z jednym z naszych receptorów węchowych – mówi współautor badania Aashish Manglik, chemik farmaceutyczny z University of California w San Francisco (USA).
Odkrywanie mechanizmu
Ludzki genom zawiera geny kodujące 400 receptorów węchowych, które wykrywają wiele zapachów. Po raz pierwszy odkryli je Richard Axel i Linda Buck w 1991 roku. Już w latach dwudziestych XX wieku naukowcy szacowali, że ludzki nos może rozróżnić około 10 tys. zapachów, ale przeprowadzone w 2014 roku badanie sugeruje, że ludzie są w stanie rozróżnić ich ponad bilion.
Każdy receptor węchowy może wchodzić w interakcje z podzbiorem cząsteczek zwanych substancjami zapachowymi, a pojedynczy środek zapachowy może aktywować wiele receptorów. — To jak uderzanie w akord na pianinie — wyjaśnia Manglik. — Zamiast uderzania w pojedynczą nutę, mamy kombinację uderzanych klawiszy, która powoduje postrzeganie wyraźnego zapachu — tłumaczy badacz.
W jaki sposób receptory wiążą się z substancjami zapachowymi? Manglik i jego współpracownicy skupili się na receptorze OR51E2, którego funkcje wykraczają poza rozpoznawanie zapachu – znajduje się on w jelitach, nerkach i tkankach prostaty, a także w neuronach węchowych.
Kotwiczenie
OR51E2 oddziałuje z dwiema cząsteczkami zapachowymi: octanem, który pachnie octem, i propionianem, który zapach ma tandetny. Za pomocą mikroskopii krioelektronowej (techniki obrazowania w rozdzielczości atomowej) oczyścili OR51E2 i przeanalizowali jego strukturę z propionianem i bez niego. Wykorzystali również symulacje wspomagane komputerowo, aby modelować interakcję białka z substancją zapachową w skali atomowej.
Okazało się, że propionian wiąże OR51E2 poprzez specyficzne wiązania jonowe i wodorowe, które kotwiczą kwas karboksylowy propionianu do aminokwasu, argininy, w regionie receptora nazywanego kieszenią wiążącą. Wiązanie z propionianem zmienia kształt OR51E2 i to włącza receptor.
Badacze wykazali, że mutacje wpływające na argininę zapobiegają aktywacji OR51E2 przez propionian. – To nasz sposób na ułożenie kostek domina, aby zrozumieć, w jaki sposób naciskanie jednej strony receptora włącza drugą – wyjaśnia Manglik.
Receptor OR51E2 jest specyficzny dla propionianu i octanu. Ale nie chodzi tylko o wiązanie pojedynczego środka zapachowego z pojedynczymi cząsteczkami receptora. OR51E2 jest receptorem węchowym klasy I; tylko około 10 proc. ludzkich genów receptorów węchowych koduje ten typ. Reszta koduje receptory klasy II, które zazwyczaj rozpoznają szerszy zakres zapachów. – Mogą mieć bardzo różne mechanizmy – komentuje Vanessa Ruta, neurobiolog z Rockefeller University w Nowym Jorku (USA).
Zbadanie innych przykładów ludzkich receptorów węchowych i wyjaśnienie ich struktury pozwoli naukowcom na szersze zrozumienie różnych sposobów rozpoznawania substancji zapachowych.
Źródło: nature.com
Foto: piłaby.com