أول نموذج ثلاثي الأبعاد لمستقبلات الرائحة البشرية يخبرنا كيف نشم

أكدت دراسة نُشرت في 15 مارس / آذار لغزًا طويل الأمد في فهم الشم من خلال تطوير المستوى الجزيئي الأول.

تعد الصورة ثلاثية الأبعاد لكيفية تنشيط جزيء الرائحة لمستقبلات الرائحة البشرية خطوة حاسمة في فك تشفير حاسة الشم ، وذلك بفضل علماء جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو (UCSF).

وفقًا لـ UCSF ، فإن نصف عائلة المستقبلات الأكثر شمولاً وتنوعًا في أجسامنا هي مستقبلات الرائحة ، وهي بروتينات تربط جزيئات الرائحة على سطح الخلايا الشمية. يمكن فهمها بشكل أفضل ، وفتح آفاق جديدة حول العمليات البيولوجية المختلفة.

قال Aashish Manglik ، دكتوراه في الطب ، دكتوراه ، أستاذ مشارك في الكيمياء الصيدلية: "لقد كان هذا هدفًا كبيرًا في هذا المجال لبعض الوقت". وقال إن الحلم هو رسم خريطة لتفاعلات آلاف جزيئات الرائحة مع مئات من مستقبلات الرائحة حتى يتمكن الكيميائي من تصميم جزيء ما والتنبؤ بشم رائحته.

قال مانجليك: "لكننا لم نتمكن من عمل هذه الخريطة لأنه بدون صورة ، لا نعرف كيف تتفاعل جزيئات الرائحة مع مستقبلات الرائحة المقابلة لها".

لقد صوروا الجبن السويسري

نصف عائلة المستقبلات الأكثر شمولاً وتنوعًا في أجسامنا هي مستقبلات الرائحة ، وهي بروتينات تربط جزيئات الرائحة على سطح الخلايا الشمية . يمكن فهمها بشكل أفضل ، وفتح آفاق جديدة حول العمليات البيولوجية المختلفة.

قال هيرواكي ماتسونامي ، دكتوراه ، أستاذ علم الوراثة الجزيئية وعلم الأحياء الدقيقة في جامعة ديوك والمتعاون الوثيق مع مانجليك: "إن الأمر أشبه بضرب المفاتيح على البيانو لإنتاج الوتر". وأضاف ماتسونامي: "إن رؤية كيفية ارتباط مستقبلات الرائحة برائحة ما يشرح كيف يعمل هذا على المستوى الأساسي".

نصف عائلة المستقبلات الأكثر شمولاً وتنوعًا في أجسامنا هي مستقبلات الرائحة ، وهي بروتينات تربط جزيئات الرائحة على سطح الخلايا الشمية. يمكن فهمها بشكل أفضل ، مما يفتح آفاقًا جديدة حول العمليات البيولوجية المختلفة.

سعى فريق مانجليك وماتسونامي إلى الحصول على مستقبلات الرائحة الشائعة في كل من الجسم والأنف لأنهم استنتجوا أنه يمكن أن يكون من الأسهل إنشاء نسخة اصطناعية منه والتي يمكنها أيضًا اكتشاف الروائح القابلة للذوبان في الماء. اختار العلماء مستقبل OR51E2 لأنه ثبت أنه يتفاعل مع البروبيونات ، وهو مركب يشارك في النكهة القوية للجبن السويسري.

قال بيلسبول: "لقد حققنا ذلك من خلال التغلب على العديد من المآزق التقنية التي خنق المجال لفترة طويلة". "سمح لنا القيام بذلك بإلقاء نظرة على أول لمحة لرائحة مرتبطة بمستقبلات الرائحة البشرية في نفس اللحظة التي يتم فيها اكتشاف الرائحة."

على غرار الطريقة التي يطور بها الكيميائيون الصيدلانيون حاليًا المستحضرات الصيدلانية بناءً على الأشكال الذرية للبروتينات المسببة للأمراض ، يتخيل مانجليك وقتًا يمكن فيه إنشاء عطور فريدة باستخدام معرفة كيفية تأثير شكل المادة الكيميائية على تصور الشخص.

قال: "لقد حلمنا بمعالجة هذه المشكلة لسنوات". "لدينا الآن موطئ قدمنا ​​الأول ، أول لمحة عن كيفية ارتباط جزيئات الرائحة بمستقبلات الرائحة لدينا. بالنسبة لنا ، هذه مجرد البداية ".

نُشرت الدراسة في مجلة Nature .

ملخص الدراسة:

تمكننا حاسة الشم لدينا من التنقل في مساحة شاسعة من جزيئات الرائحة المتنوعة كيميائيًا. يتم إنجاز هذه المهمة عن طريق التنشيط التوافقي لما يقرب من 400 مستقبلات مقترنة ببروتين G ذات الرائحة المشفرة في الجينوم البشري. كيف يتم التعرف على الروائح من قبل مستقبلات الرائحة لا يزال غير واضح. نقدم هنا نظرة ثاقبة آلية حول كيفية ارتباط الرائحة بمستقبلات الرائحة البشرية. باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد ، حددنا هيكل مستقبل الرائحة البشري النشط OR51E2 المرتبط ببروبيونات الأحماض الدهنية. يرتبط البروبيونات بجيب مغلق في OR51E2 ويجعل جهات اتصال محددة ضرورية لتنشيط المستقبلات. يؤدي تحور الجيب المرتبط بالرائحة في OR51E2 إلى تغيير طيف التعرف على الأحماض الدهنية ذات أطوال السلسلة المختلفة ، مما يشير إلى أن انتقائية الرائحة يتم التحكم فيها عن طريق تفاعلات تعبئة محكمة بين مستقبلات الرائحة والرائحة. تُظهر محاكاة الديناميكيات الجزيئية أن التغييرات التوافقية التي يسببها البروبيونات في الحلقة خارج الخلية 3 تنشط OR51E2. تقدم دراساتنا معًا عرضًا عالي الدقة للتعرف الكيميائي على الرائحة من خلال مستقبلات الرائحة الفقارية ، مما يوفر نظرة ثاقبة حول كيفية تمكين هذه العائلة الكبيرة من المستقبلات المقترنة ببروتين G من حاسة الشم لدينا.