ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Kako stanice u mozgu prepoznaju mirise?

Novim istraživanjem koje je provedeno na sveučilištima Riverside i Stanford, znanstvenici su utvrdili postojanje mehanizma kočenja u olfaktornim (njušnim) živčanim stanicama, odgovornog za postojanje nevjerojatne raznolikosti senzora u nosu

Ljudski nos ima milijune olfaktornih živčanih stanica (neurona) podijeljenih na stotine različitih tipova. Svaki od tih tipova neurona odašilje samo jedan receptor mirisa, a svi neuroni koji odašilju isti receptor mirisa,  šalju signale u jednu regiju mozga, što je ustrojstvo koje omogućuje osjet specifičnih mirisa.

Na primjer, kada mirišemo ružu, aktiviraju se samo oni neuroni koji odašilju specifičan receptor mirisa zadužen za prepoznavanje kemijskih elemenata koje ruža emitira, što pak aktivira specifične regije u mozgu. Pokvarena jaja, s druge strane, aktiviraju drugi tip neurona koji odašilju drugačije receptore i aktiviraju drugi dio mozga. Kako se u olfaktornom sustavu postiže obrazac „jedan receptor po neuronu“, ključan za razlikovanje mirisa, tajna je koja je dugo vremena frustrirala znanstvenike.

Sada je tim znanstvenika, predvođen neurobiolozima s kalifornijskog sveučilišta Riverside, došao do objašnjenja. Usmjeravajući svoju pažnju na olfaktorni receptor Drosophilae (voćne mušice), zadužen za otkrivanje ugljičnog dioksida, znanstvenici su utvrdili postojanje velikog multi-proteinskog kompleksa u olfaktornim neuronima, nazvanog MMB/dREAM, koji ima ključnu ulogu u odabiru receptora ugljičnog dioksida koji će se odaslati u odgovarajuće neurone.

Rezultati istraživanja su objavljeno i predstavljeno na naslovnoj stranici časopisa Genes & Development.

Mehanizam kočenja
Prema tvrdnjama istraživača, molekularni mehanizam najprije zaustavlja odašiljanje većine olfaktornih receptornih gena u ticalima voćne mušice. Ovaj mehanizam, koji djeluje kao kočnica, oslanja se na represivne histone – proteine koji čvrsto obavijaju DNA. Svi insekti i sisavci su opremljeni ovim mehanizmom koji potiskuje velike obitelji olfaktornih receptornih gena.

"Kako se, dakle, pokreće ova kočnica pa se samo receptor ugljičnog dioksida odašilje u neuron za ugljični dioksid, dok su preostali receptori potisnuti?", kaže Anandasankar Ray, docent entomologije, čiji je laboratorij proveo istraživanje. "Naš je laboratorij, u suradnji s laboratorijem Sveučilišta Stanford, utvrdio da MMB/dREAM multi-proteinski kompleks može djelovati na gene receptora ugljičnog dioksida te spriječiti djelovanje mehanizma kočenja, što nalikuje na micanje noge s papučice kočnice. To omogućuje ovim neuronima odašiljanje receptora i reakciju na ugljični dioksid."

Ray je pojasnio da se djelovanje mehanizma može razumjeti ako ga usporedimo s pisaćim strojem. Kada nijedna tipka nije pritisnuta, možemo zamisliti mehanizam opruge ili "kočnice" koji drži traku za pisanje odmaknutom od papira. Kada se tipka pritisne, kočnica na toj tipki je savladana i odgovarajuće slovo se utiskuje na papir. I baš kao što je tipkanje istog slova na isto mjesto važno za utvrđivanje svakog znaka, odašiljanje jednog receptora u jedan neuron omogućuje postojanje različitih vrsta senzora u nosu.

"Kada ne bi bilo tako, jedna bi stanica odašiljala nekoliko receptora i ne bi bilo različitosti u vrstama senzora." kaže Ray. "Naše istraživanje stoga pokušava odgovoriti na temeljno pitanje u neurobiologiji. Čemu možemo zahvaliti postojanje tolike raznolikosti stanica u živčanom sustavu?"

Nadalje, istraživači će pokušati utvrditi da li receptorni mehanizam kočenja koji su identificirali kod Drosophilae također djeluje i kod drugih organizama, na primjer kod komaraca. Također će ispitati i druge receptore Drosophilae kako bi objasnili što sprečava djelovanje svakoga od njih.

Prilagođavanje stupnja reagiranja
Istraživači su također utvrdili da aktivnost MMB/dREAM multi-proteinskog kompleksa Drosophilae može mijenjati razine receptora ugljičnog dioksida i prilagoditi stupanj reakcije na ugljični dioksid.

"Ukoliko se smanji aktivnost kompleksa, također se smanjuje odašiljanje receptora ugljičnog dioksida pa ga mušice ne mogu učinkovito osjetiti." kaže Ray. "Ono što je posebno ohrabrujuće je to da je ovaj kompleks vrlo očuvan kod komaraca također, što znači da ćemo možda moći smanjiti aktivnost ovog kompleksa kod komaraca pomoću genetskih strategija te potencijalno smanjiti sposobnost komaraca da osjete ugljični dioksid, što im omogućuje pronalaženje ljudskog domaćina. Budući da su receptori ugljičnog dioksida kod komaraca tako dobro očuvani, očekujemo da će mehanizam za reguliranje koji smo otkrili kod Drosophilae također djelovati i na receptore ugljičnog dioksida kod komaraca."

Ticala nasuprot maksilarnih pipaka
Zanimljivo je to da mušice osjećaju ugljični dioksid pomoću receptora koji se nalaze u njihovim ticalima, ali izbjegavaju njegov izvor. Komarce, s druge strane, privlači ugljični dioksid, ali se ne koriste receptorima u ticalima, već onima koji se nalaze u drugim organima pod nazivom maksilarni (pipci). Istraživački tim je utvrdio kako dva specifična proteina u multi-proteinskom MMB/dREAM kompleksu komaraca imaju redoslijed koji se razlikuje od onog u odgovarajućim proteinima Drosophilae.

"Ovi bi proteini (E2F2 i Mip120) mogli objasniti zašto Drosophilaodašilje receptore ugljičnog dioksida pomoću ticala, dok ih komarac odašilje pomoću maksilarnog pipka." kaže Ray.

Bez obzira na do sada postignuta i hvalevrijedna znanstvena dostignuća i privid da smo otkrili gotovo sve što se otkriti može, gore spomenuto istraživanje pokazuje da revolucija u znanosti i dalje kroči širokom stazom znanstvenih otkrića i premda to ponekad čini sitnim koracima, još uvijek donosi velike plodove.

Ti plodovi redovito čine kariku koja nedostaje u stalnim ljudskim nastojanjima da steknemo potpuni uvid u tajnu postojanja i načina funkcioniranja živih bića. Često su temelj novih otkrića koja omogućuju poboljšanje brige za dobrobit našeg zdravlja i kvalitetu ljudskog života.

I premda se u tu svrhu često služimo, po mnogima često neopravdano, uplitanjem u strukturu nižih životnih oblika, ipak je pronalazak načina za olakšanje mnogih životnih tegoba ili neugodnih pojava, uvijek općeprihvaćen.

Primjerice, gore spomenuto istraživanje daje naslutiti mogući kraj jedne od nama najneugodnijih pojava koja nas u ljetnim večerima gotovo redovito ometa u boravku na otvorenom – iritantni ubodi komaraca. Mijenjanjem njihove genske strukture moglo bi se postići da nas ta sićušna bića, u stalnoj potrazi za njima dragocjenom tekućinom, jednostavno više ne prepoznaju zbog nesposobnosti za pronalaženje ugljičnog dioksida.

Iako se vjerojatno nitko ne bi usprotivio ovoj promjeni (jer se, između ostaloga, ubodima komaraca prenose i neke bolesti), ipak ostaje pitanje koliko je uplitanje u gensku strukturu živih bića pa čak i onih najnižih, opravdano. Ne čine li, uostalom, najniži životni oblici poput planktona u oceanima i komaraca na kopnu, osnovu hranidbenog lanca koji na kraju krajeva vodi i do nas?

U svakom slučaju, na nama ostaje da vidimo hoće li znanost u službi čovjeka donijeti svitanje novog početka ili sumrak starih vrijednosti. Nadajmo se onom prvom.

Izvor: University of California - Riverside

Podijeli.