Разгадан 30-летний механизм различения запахов у червей
Почвенные нематоды обладают невероятным обонянием, различая более тысячи запахов, но молекулярный механизм, лежащий в основе этой способности, десятилетиями оставался загадкой.
Исследователи из Университета Торонто, похоже, нашли решение. Их работа, опубликованная в PNAS, показывает, что ключевую роль играет белок аррестин, который помогает червю "игнорировать" фоновый запах в пользу локального.
Парадокс обоняния C. elegans
- У человека ~400 обонятельных рецепторов, распределённых по сотням нейронов (принцип "один нейрон — один запах").
- У нематоды C. elegans — 1300 рецепторов, но всего 32 обонятельных нейрона. Все рецепторы сгруппированы на этих немногих нейронах.
Возникает вопрос: как один нейрон различает сигналы от разных рецепторов, если вся информация "сжимается" в один сигнал?
Гипотеза и эксперимент
Учёные предположили, что червь ориентируется на интенсивность запаха. Более сильный, но равномерно распределённый (фоновый) запах должен "приглушаться", чтобы нейрон мог реагировать на слабый, но локализованный и потенциально более важный сигнал.
Ключевая гипотеза: за это "приглушение" отвечает белок аррестин, известный своей ролью в десенсибилизации рецепторов, сопряжённых с G-белком (GPCR), к семейству которых относятся и обонятельные рецепторы. Например, у человека аррестин помогает адаптировать зрение к яркому свету.
- Черви помещались в чашку Петри, где один привлекательный запах был равномерно распределён в агаре, а другой — локализован в одной точке.
- Нормальные черви уверенно двигались к источнику локализованного запаха.
- Черви с удалённым геном аррестина теряли эту способность и не могли найти источник.
Вывод: аррестин необходим для подавления реакции на доминирующий (фоновый) запах в рамках одного нейрона, что позволяет "услышать" более слабый, но значимый сигнал.
Широкие последствия открытия
- Первый прецедент: это первое доказательство того, что аррестин может использоваться для различения внешних сигналов на уровне одной клетки.
- Эволюционная консервативность: механизм использует белок, консервативный от червей до человека.
- Влияние на нейробиологию: открытие предполагает, что аналогичный механизм может работать в мозге других животных, включая человека. Мозг "купается" в нейрохимических сигналах, которые передаются через сотни различных GPCR на одних и тех же клетках. Четыре типа аррестинов у человека могут играть ключевую роль в обработке этой информации.
Как отметил соавтор работы Дэниел Мерритт: "Наша работа — это один фрагмент головоломки, объясняющий удивительное обоняние червей, но она также расширяет наше понимание того, как в более широком смысле работает GPCR-сигнализация у животных".