В новой работе группа биоинформатиков и специалистов по системной биологии из США определила, как обонятельные нейроны млекопитающих «выбирают», какой у них будет тип рецептора. Оказалось, что процесс регулируется на трех уровнях и описывается простой блок-схемой.
Восприятие запаха начинается со связывания «ароматных» молекул с рецепторами на поверхности нейронов, расположенных в слизистой оболочке носа. Нос млекопитающих различает более тысячи запахов, для каждого типа молекулы — свой тип рецептора, но на поверхности каждого нейрона есть рецепторы только одного типа. В новом исследовании ученые выяснили, как клеткам удается «выбирать» строго один тип рецептора, при этом поддерживая их разнообразие во всей популяции обонятельных нейронов. Результаты их работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ученые создали модель выбора и экспрессии — считывания гена для последующего синтеза белка — обонятельных рецепторов для клетки «модельного носа», обонятельные рецепторы которой представлены всего 100 аллелями — версиями гена, кодирующего рецепторы. Такой выбор связан с открытием зональной структуры обонятельного нерва: генетических вариантов рецепторов — тысячи, но в каждой области сосредоточены рецепторы одной группы — примерно по сто типов.
Анализ модели показал, что экспрессия обонятельных рецепторов в нервных клетках регулируется на трех уровнях.
На первом этапе регуляции клетка «выбирает» подмножество доступных для экспрессии рецепторов в соответствии с тем, в какой зоне она расположена. Затем специализированный белок модифицирует случайно выбранные аллели, и некоторые из них преодолевают эпигенетический порог, то есть становятся наиболее «заметными» для белков, считывающих ДНК. После этого, как правило, активным остается только один ген. В противном случае включается третий механизм регуляции — конкуренция за ресурсы клетки, обеспечивающие экспрессию генов. Если после реализации всех стадий для экспрессии был отобран псевдоген — «устаревшая» и неактивная копия гена, клетка повторяет этап случайной эпигенетической активации.
Таким образом, достаточно простая блок-схема описывает механизм регуляции, годами остававшийся загадкой для исследователей. Созданную учеными модель можно использовать в дальнейших экспериментах и совершенствовать по мере получения новых данных о работе обонятельных рецепторов.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение