Cell:嗅觉的神经图谱

时间:2022年9月28日
来源:Cell

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把看不见的东西呈现出来是科学家们最喜欢的挑战之一。科学家们正在努力揭示嗅觉系统是如何感知成千上万种看不见的气味的,他们现在已经发现了更多的细胞和分子步骤,这些步骤是嗅觉高精度神经回路在鼻子和大脑中连接起来的。

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Odoriferous Convergence    

图片:在这张图片插图中用红色和绿色标记的是老鼠大脑嗅球内单个肾小球的感觉细胞轴突。    

图片来源:Hani Shayya/Stavros Lomvardas/哥伦比亚大学祖克曼研究所

每个肾小球都从自己的嗅觉神经元子集接收信号,这些神经元随机分布在动物的鼻子中,但它们都以相同的方式检测气味。自20世纪90年代以来,研究人员已经知道,每一个嗅觉神经元的亚群都带有一种形状独特的受体蛋白(这要感谢基于随机基因的过程),它专门锁定不同的气味分子。 

这就提出了一个神经科学的谜题:鼻子中每个随机分布的嗅觉探测细胞是如何将信号发送到嗅球内的一个特定肾小球的?这就好比,50个原本分散在城市各处的朋友,在最初不知道地址的情况下,来到了同一间公寓。不知何故,他们天生就知道该去哪里。 

关于嗅觉系统如何达到布线精度的关键见解似乎已经近在眼前。在发表在《细胞》杂志上的一项研究中,祖克曼研究所首席研究员Stavros Lomvardas博士和医学博士候选人Hani Shayya领导的团队,他们推测出了小鼠的鼻子感觉细胞和大脑嗅球中它们的肾小球目标之间的中央组织过程。 

他们发现的核心在于每个受体蛋白的形状,因为它们在细胞的管状组成部分内质网(ER)中具有独特的3D形状。每种蛋白质的形状都是由其氨基酸组成的独特序列决定的。 

研究人员发现,每一种氨基酸序列都会给内质网施加一定程度的压力(想象一下把各种各样的东西塞进一只袜子)。这些不同程度的内质网压力就像一个刻度设置,其方式尚不清楚。 

每一个设定都会触发一个基因导向的过程,通过这个过程,感觉细胞有效地将它们的轴突(通过“引导分子”的模式)导向嗅球内的目标肾小球。这样,每一个具有相同形状的受体蛋白的感觉细胞子集最终都将其轴突投射到完全相同的肾小球上。如果没有这种受体-肾小球的映射,玫瑰可能闻起来像臭鸡蛋,反之亦然。 

“这太令人兴奋了,”Lomvardas博士说,“这个系统找到了一种方法,可以创造一种基因编码、硬连接的方式,将随机选择的受体身份转化为嗅球中非常精确的目标。” 

他指出,包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症在内的神经退行性疾病,通常在疾病早期就涉及嗅觉缺陷。他说,这表明早期发现嗅觉系统的高精度连接中断可能变得“在临床上很重要”。 

Shayya指出了另一种诱人的可能性。也许,在内质网应激与下游神经元连接的方式上,嗅觉神经元并不是唯一的。Shayya说:“如果事实证明所有神经元都是这样做的,这一发现将帮助我们更多地了解大脑。”

文章标题

ER stress?transforms random olfactory receptor choice into axon targeting precision


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