Ένα τρισεκατομμύριο μυρωδιές, μπορεί να νιώσει η μύτη μας
Σήμερα, στο περιοδικό Nature , μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τους επιστήμονες του Ινστιτούτου Zuckerman της Κολούμπια περιγράφει έναν μηχανισμό που δεν είχε ανιχνευθεί προηγουμένως σε ποντίκια - με πρωταγωνιστή το γενετικό μόριο RNA - που θα μπορούσε να εξηγήσει πώς κάθε αισθητήριο κύτταρο, ή νευρώνας, στις μύτες των θηλαστικών προσαρμόζεται ανιχνεύσει μια συγκεκριμένη χημική οσμή.
Για παράδειγμα, υπάρχουν αισθητικοί νευρώνες στη μύτη μας που φέρουν υποδοχείς μοναδικά συντονισμένους για να ανιχνεύουν την αιθυλική βανιλίνη, το κύριο αρωματικό στη βανίλια, και άλλα κύτταρα με υποδοχείς για το λιμονένιο, το χαρακτηριστικό αρωματικό του λεμονιού.
«Το πώς τα αισθητήρια κύτταρα στη μύτη κάνουν τις επιλογές των υποδοχέων τους ήταν ένα από τα πιο ενοχλητικά μυστήρια για την όσφρηση», είπε ο Σταύρος Λομβαρδάς, PhD, καθηγητής Roy και Diana Vagelos και πρόεδρος Βιοχημείας και Μοριακής Βιοφυσικής και Herbert and Florence Irving Καθηγητής Νευροεπιστήμης. στο Ινστιτούτο Ζούκερμαν της Κολούμπια και στο Κολλέγιο Ιατρών και Χειρουργών Βάγκελος, και αντίστοιχος συγγραφέας στην εργασία.
«Τώρα, η ιστορία πίσω από την όσφρησή μας, ή την όσφρησή μας, γίνεται πιο ξεκάθαρη και επίσης πιο δραματική».
Το δράμα εξευγενισμού των αισθήσεων στο οποίο αναφέρεται εκτυλίσσεται εξ ολοκλήρου μέσα στα μικροσκοπικά όρια του πυρήνα κάθε οσφρητικού νευρώνα, όπου βρίσκονται τα χρωμοσώματα και τα γονίδια του κυττάρου.
Εκεί, σε έναν διαγωνισμό τύπου Squid Games, ο νικητής τα παίρνει όλα, τα μυριάδες γονίδια οσφρητικού υποδοχέα ενός αναπτυσσόμενου κυττάρου συναγωνίζονται μεταξύ τους σε μια διαδικασία που τα κερδίζει, σταδιακά, πρώτα σε μια χούφτα φιναλίστ και μετά σε έναν μόνο νικητή.
Το γονίδιο που επικρατεί είναι αυτό που καθορίζει την ευαισθησία του κυττάρου στις οσμές.
Στη μελέτη τους, ο Δρ Λομβάρδας και η ομάδα του αποκαλύπτουν λεπτομέρειες για το τελικό στάδιο αυτής της διαδικασίας, όταν ο νικητής βγαίνει από τα γονίδια του φιναλίστ.
"Είναι βασικά μια μάχη μεταξύ 1000 υποψηφίων", δήλωσε ο Ariel Pourmorady, ο πρώτος συγγραφέας της εφημερίδας και MD-Ph.D. υποψήφιος στο Ινστιτούτο Zuckerman στο εργαστήριο Lomvardas.
Η δράση είναι εξαιρετικά περίπλοκη και περιλαμβάνει ένα ιλιγγιώδες καστ μοριακών χαρακτήρων.
Παίζοντας ρόλους που είτε αυξάνουν είτε μειώνουν την ικανότητα κάθε γονιδίου να παράγει οσφρητικούς υποδοχείς είναι μια ποικιλία γονιδιακών ρυθμιστικών μορίων.
Συγκεντρώνοντας σε διάφορες συμμαχίες μέσα στο γονιδίωμα, αυτοί οι μοριακοί παίκτες βοηθούν στην ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση συγκεκριμένων γονιδίων.
Επίσης, στη μάχη είναι ένα άλλο σύνολο μοριακών κόμβων που αναδιαμορφώνουν τμήματα του γονιδιώματος με τρόπους που ευνοούν συγκεκριμένα γονίδια υποδοχέα.
Όταν η ομάδα του τα παρατήρησε για πρώτη φορά στο γονιδίωμα το 2014, ο Δρ Λομβάρδας τα ονόμασε «Ελληνικά Νησιά» επειδή του θύμιζαν νησιά στο Αιγαίο Πέλαγος.
«Αποδεικνύεται ότι το γονιδίωμα έχει μια συγκεκριμένη χωρική οργάνωση στον πυρήνα και οι αλλαγές σε αυτή τη δομή είναι καθοριστικές όταν πρόκειται για τα γονίδια που εκφράζονται σε πρωτεΐνες, όπως οι οσφρητικοί υποδοχείς», είπε ο Pourmorady.
«Μαθαίνουμε πόσο σημαντική είναι αυτή η διαδικασία στα ωριμάζοντα οσφρητικά κύτταρα».
Στη νέα τους εργασία στο Nature , οι ερευνητές συγκεντρώνουν ένα πλήθος δεδομένων από μελέτες σε ποντίκια που δείχνουν προς το RNA ως το μόριο κρίκου στον μηχανισμό επιλογής γονιδίων του οσφρητικού συστήματος.
Το RNA είναι περισσότερο γνωστό ως το ενδιάμεσο μόριο που μεταφράζει τον γενετικό κώδικα που ενσωματώνεται στο DNA σε μόρια πρωτεΐνης με συγκεκριμένες κυτταρικές εργασίες, όπως η ανίχνευση οσμών.
Ωστόσο, χρησιμοποιώντας εξελιγμένες τεχνικές για την ανάλυση των αλλαγών στη δομή του γονιδιώματος καθώς τα κύτταρα ωριμάζουν, οι ερευνητές λένε ότι τα στοιχεία τους δείχνουν έναν δεύτερο κομβικό ρόλο για το RNA.
«Φαίνεται ότι το RNA που φτιάχνει το κύτταρο κατά τη διάρκεια της γονιδιακής έκφρασης αλλάζει επίσης την αρχιτεκτονική του γονιδιώματος με τρόπους που ενισχύουν την έκφραση ενός γονιδίου οσφρητικού υποδοχέα ενώ επίσης κλείνει όλα τα άλλα», είπε ο Pourmorady.
Παραμένουν μεγάλα κενά σε αυτή την ιστορία που ελέγχει το γονιδίωμα, αλλά οι ερευνητές λένε το περίγραμμα
γίνεται πιο καθορισμένος. Ξεκινά με την ωρίμανση των οσφρητικών κυττάρων, τα οποία αρχικά εκφράζουν πολλά γονίδια υποδοχέων σε εκείνους τους γονιδιωματικούς κόμβους όπου συγκλίνουν μόρια και σύμπλοκα που ρυθμίζουν τα γονίδια, συμπεριλαμβανομένων των Ελληνικών Νήσων.
Στη συνέχεια, το RNA κερδίζει τα γονίδια του οσφρητικού-υποδοχέα σε ένα.
Ο συγκεκριμένος κόμβος σε κάθε κύτταρο όπου τα μοριακά αστέρια ευθυγραμμίζονται για να παράγουν την υψηλότερη ποσότητα RNA κερδίζει τον ανταγωνισμό.
Σε αυτό το κέντρο, η έκφραση του υποδοχέα-γονιδίου εκτινάσσεται στα ύψη. Αλλά, όπως ένας σαμποτέρ, το RNA από τον ίδιο κόμβο μπορεί να φτάσει σε όλους τους άλλους κόμβους.
Σε αυτές τις θέσεις, το RNA προκαλεί αλλαγές σχήματος στο γονιδίωμα που διακόπτουν την έκφραση γονιδίου.
Το αποτέλεσμα είναι μια μύτη ώριμων οσφρητικών νευρώνων, καθένας από τους οποίους φέρει στην επιφάνειά του μόνο έναν υποδοχέα οσμής.
«Φτάνουμε στην άκρη της επιστημονικής φαντασίας όσον αφορά τις μοριακές και γονιδιωματικές λεπτομέρειες που μπορούμε τώρα να παρατηρήσουμε μέσα στον πυρήνα ενός μόνο κυττάρου», είπε ο Δρ Λομβάρδας. «Πρέπει να συνεχίσουμε να επιστρέφουμε για να καταλάβουμε το υπόλοιπο αυτού του παζλ όσφρησης».
Πηγή: το Πανεπιστήμιο Κολούμπια
