Fot. Getty Images
Odkryto mechanizm, który koordynuje pracę genów receptorów węchowych. Na pewnym etapie rozwoju neuronu te geny dosłownie сползаются razem, aby naradzać się między sobą i zdecydować, kto będzie głównym
Naukowcy z Columbia university w Nowym Jorku odkryli nowy mechanizm regulacji działania genów. Okazało się, że w procesie formowania tkanki geny, znajdujące się z dala od siebie na różnych chromosomach mogą być łączone razem — czyli wejść w kontakt fizyczny — po czym jeden z nich zaczyna działać, określając przyszłe losy komórki, a pozostałe są w stan nieaktywny.
Biolodzy badali geny receptorów węchowych, dzięki którym ssaki są w stanie odróżnić miliardy różnych zapachów. U człowieka (a także u myszy, na których przeprowadzano eksperymenty) takie geny są setki, i są one obecne niemal na wszystkich chromosomach. Każdy z genów koduje białko-receptor reagujący na to lub w inny związek chemiczny. Białka te są produkowane w określonym typie komórek węchowych dotykowych neuronach (PODSTAWOWY). Dzięki wiewiórkę-receptora neuron reaguje na obecność związków chemicznych i wysyła do mózgu sygnał. Zbiór tych sygnałów od różnych typów neuronów i jest unikalny “podpis” zapachu, postrzeganą mózgiem.
Tutaj pojawia się pytanie, który przez długi czas stawiał naukowców w ślepy zaułek. Rzecz w tym, że w każdym neuronu musi pracować tylko jeden z setek receptorów, w przeciwnym razie uzyskany mózgu sygnał będzie zupełnie невразумительным. W ten sposób, na jakimś etapie swojego dorastania węchowy neuron musi podjąć decyzję i dokonać jednoznacznego wyboru, który z genów doprowadzić do stanu pracy. Pozostałe geny muszą być “zamknięty”, aby nie psuć rozdzielczość oksydacyjna. Ale do tego, oczywiście, geny muszą się jakoś “dogadać się” ze sobą. Jeszcze w 2006 roku biolodzy z uniwersytetu Columbia obserwowali niesamowity efekt: chromosomy w neuronach czuciowych naprawdę w pewnym momencie są pogrupowane w taki sposób, aby geny receptorów węchowych, położyli się blisko siebie.
Jednak pozostawało niezrozumiałe, jak to właśnie te geny umawiają się między sobą. Aktywność genów u organizmów wyższych (w tym człowieka i myszy) jest regulowana specjalnymi elementami chromosomów, tzw. “энхансерами”. Te энхансеры mogą znajdować się stosunkowo daleko od samego genu, jednak działają one zazwyczaj tylko w obrębie tego samego chromosomu — wyrażone genetyki, w cis-pozycji. Upewnić się w tym nie było trudne: myszy, u których jeden z энхансеров został zniszczony, naprawdę tracili zdolność do postrzegania zapach związków chemicznych, za które odpowiadał znajduje się na tym samym chromosomie gen receptora, jednak na zdolność do postrzegania wszystkie inne zapachy to w żaden sposób nie wpływa.
Nieuczestniczenia w “loterii” wyklucza wygraną, a zasady tej “loterii” nie pozwalają włączyć w jednej klatce więcej niż jeden gen.
Zagadka wyjaśniła się dopiero teraz. Aby zbliżyć się do prawdy, oficery śledczy używali skomplikowanych metod, które pozwalają zbadać strukturę chromatyny (czyli układanie chromosomy w jądrze komórki). Musieli porównać chromatyny w dojrzałych węchowych dotykowych neuronach, w niedojrzałych komórkach-poprzedników, a także w komórkach macierzystych, z których powinny w przyszłości być neurony, ale które nie podjęły jeszcze decyzji o swojej specjalizacji.
Okazało się, że w macierzystych komórkach geny receptorów, a także ich энхансеры (63 takie sekwencje na mysich chromosomach biolodzy nazywają “wysp greckich”), swobodnie mieszczą się w różnych częściach jądra. Nieco później, na początku kształtowania dotykowego neuronu, obraz się zmienia: geny receptorów, a także “wyspy greckie”, zbierają się w jeden zwarty skrzep. Takie skrzepy w jądrze nazywa гетерохроматином: wiadomo, że geny w nich, jak zwykle, są nieaktywne. Jest oczywiste, że to właśnie гетерохроматиновая struktura nie daje genów receptorów węchowych — przynajmniej większość z nich — zacząć i produkować w jednej klatce więcej niż jednego rodzaju białek receptorów.
Wreszcie, w dojrzałych dotykowych neuronach obraz ponownie się zmienia. “Wyspy greckie” — czyli энхансеры — są oddzielone od гетерохроматинового grona obejmującego wszystkie geny receptorów, z wyjątkiem jednego. Ten jedyny gen okazuje się pod wspólnym działaniem wszystkich “wysp”-энхасеров, znajdujących się na różnych chromosomach (tzw. trans-akcja). Tak, tylko on jest w dobrym stanie i określa chemiczną specjalizację węchowe dotykowego neuronu.
Dlaczego trans-akcja “wyspy greckie” nie udało się wykryć wcześniej? Podobno, to właśnie te “wyspy” rządzą stowarzyszeniem węchowych genów. Po usunięciu энхансера odpowiednie geny nie mają szansy, aby dołączyć do “spotkania” i nie biorą udziału w loterii, która określa, kto z nich będzie pracować.
Według hipotezy naukowców, mechanizm ten pomaga нейрону zrobić dokładny i nieodwracalny wybór specjalizacji. Aby włączyć genu potrzebna jest współpraca wszystkich энхансеров. Tym samym oni już nie mogą aktywować te geny, które są w ich własnej chromosomu. Nieuczestniczenia w “loterii” wyklucza wygraną, a zasady tej “loterii” nie pozwalają włączyć w jednej klatce więcej niż jeden gen.
Naukowcy podkreślają, że taki mechanizm regulacji działania genów może być wyjątkowy dla systemu receptorów węchowych. W trakcie rozwoju organizmu rozszczepialny komórki wielokrotnie trzeba robić nieodwracalny wybór, podczas którego niektóre geny są włączane, a inne przechodzą w stan nieaktywny. Dokładność wykonywania programu rozwoju wymaga, aby ten wybór za każdym razem był ostateczna i bezkompromisowy. Jednak praca tego mechanizmu podczas gdy zaobserwowano tylko w jednym przypadku — na przykładzie genów receptorów węchowych myszy. Zrozumienie zasad pracy genetycznych “przełączników”, prowadzących specjalizację komórek w trakcie rozwoju organizmu z zapłodnionej komórki jajowej, otwiera możliwości rozwiązania różnych problemów biomedycznych, zarówno teoretycznych, jak i zastosowań.
redakcja poleca
Węch 3D: jak uporządkować zapachy