Oamenii de știință de la Harvard au realizat prima hartă detaliată a receptorilor olfactivi
Pentru majoritatea dintre noi, simțul mirosului este o parte integrantă a vieții de zi cu zi; acesta joacă un rol esențial în furnizarea de informații despre împrejurimi, alertându-ne în legătură cu potențiale pericole, îmbunătățind percepția gustului și evocând emoții și amintiri.
Totuși, dintr-o perspectivă științifică, „olfacția este extrem de misterioasă”, a declarat Sandeep (Robert) Datta, profesor de neurobiologie la Institutul Blavatnik de la Harvard Medical School, subliniind că înțelegerea biologică de bază a acestui simț a rămas în urmă față de celelalte simțuri, precum vederea, auzul și atingerea.
Lucrând cu șoareci, Datta și echipa sa au realizat acum prima hartă detaliată a modului în care cele peste o mie de tipuri de receptori olfactivi din nas sunt organizate.
Au descoperit că, spre deosebire de ceea ce au crezut mult timp oamenii de știință, neuronii care exprimă acești receptori au un grad înalt de organizare spațială: ei formează benzi orizontale bazate pe tipul de receptor de la partea superioară a nasului până la partea inferioară.
„Rezultatele noastre aduc ordine într-un sistem care anterior a fost considerat lipsit de ordine, ceea ce schimbă conceptual modul în care gândim despre cum funcționează acest proces”, a adăugat Datta.
În plus, cercetătorii au stabilit că harta receptorilor din nas se potrivește cu hărțile olfactive din bulbii olfactivi ai creierului, oferind indicii despre modul în care informația se deplasează de la nas la creier.
Deși harta olfactivă este o descoperire fascinantă, Datta a menționat că ea oferă și informații fundamentale care ar putea ajuta oamenii de știință să dezvolte terapii pentru pierderea mirosului, care în prezent lipsesc.
„Nu putem repara mirosul fără a înțelege cum funcționează la un nivel de bază”, a spus el.
Descoperirile au fost publicate pe 28 aprilie în revista Cell.
Hărți au existat de mult timp care descriu modul în care receptorii din ochi, urechi și piele sunt organizați pentru a captura și interpreta informațiile auditive, vizuale și tactile, iar oamenii de știință au înțeles cum aceste hărți corespund celor din interiorul creierului.
Cu toate acestea, „olfacția a fost singura excepție; este simțul care a lipsit de o hartă cel mai mult timp”, a menționat Datta.
Aceasta se datorează parțial complexității sale în comparație cu celelalte simțuri. De exemplu, șoarecii au aproximativ 20 de milioane de neuroni olfactivi care exprimă mai mult de o mie de tipuri de receptori olfactivi, comparativ cu doar trei tipuri principale de receptori vizuali pentru vederea colorată. Fiecare tip de receptor olfactiv detectează un subset unic de molecule de miros.
Oamenii de știință au început să identifice tipurile de receptori olfactivi în 1991. În următorii 35 de ani, cercetătorii au investigat dacă există o hartă olfactivă în nas. Cu toate acestea, ei au putut observa doar că receptorii tindeau să fie exprimați într-una din câteva zone ale țesutului olfactiv. Aceasta a dus la teoria dominantă că exprimarea receptorilor era în mare parte aleatorie, ceea ce înseamnă că mirosul era diferit față de celelalte simțuri.
Datta a studiat mai multe aspecte ale olfacției, inclusiv ceea ce cauzează pierderea mirosului în COVID-19 și modul în care creierul organizează informațiile despre mirosuri. Pe măsură ce tehnicile genetice au devenit mai puternice, el și colegii săi au decis să revină asupra ideii de a construi o hartă olfactivă.
În cadrul noului studiu, cercetătorii au combinat tehnici de secvențiere unicelulară și transcriptomică spațială pentru a examina aproximativ 5,5 milioane de neuroni din peste 300 de șoareci individuali. Prima tehnică le-a permis să identifice ce receptori olfactivi erau exprimați de neuronii din nas, iar a doua le-a permis să determine locațiile acestor receptori.
„Aceasta este, fără îndoială, cel mai secvențiat țesut neural de până acum, dar am avut nevoie de acea scară de date pentru a înțelege sistemul”, a spus Datta.
Ei au descoperit că neuronii sunt organizați în benzi orizontale strânse și suprapuse de la partea superioară a nasului la partea inferioară, în funcție de tipul de receptor olfactiv pe care îl exprimă. Această hartă de receptori extrem de organizată a fost consistentă în rândul șoarecilor și a reflectat organizarea hărților olfactive din creier, așa cum cercetătorii au observat în cazul vederii, auzului și atingerii.
Apoi, cercetătorii au investigat modul în care se formează harta olfactivă din nas și au identificat acidul retinoic – o moleculă care ajută la controlul activității genelor – ca un factor cheie. Au descoperit că un gradient de acid retinoic în nas a ghidat fiecare neuron să exprime tipul corect de receptor olfactiv în funcție de locația sa spațială. Adăugarea sau eliminarea acidului retinoic a determinat mutarea hărții receptorilor în sus sau în jos.
„Aducem dovezi că dezvoltarea poate realiza această reușită de a organiza o mie de receptori olfactivi diferiți într-o hartă incredibil de precisă, care este consistentă între animale”, a afirmat Datta.
Un studiu separat condus de laboratorul lui Catherine Dulac, profesor universitar la Departamentul de Biologie Moleculară și Celulară de la Harvard University, care a fost publicat în aceeași ediție a revistei Cell, a avut rezultate consistente.
În prezent, cercetătorii explorează de ce benzile receptorilor sunt în această ordine specifică.
Echipa studiază, de asemenea, receptorii olfactivi în țesutul uman pentru a înțelege în ce măsură harta olfactivă este consistentă între specii. O astfel de înțelegere va informa eforturile de a dezvolta tratamente – cum ar fi terapiile cu celule stem sau interfețele creier-computer – pentru pierderea mirosului și consecințele acesteia, care includ un risc crescut de depresie.
„Mirosul are un efect profund și pervasiv asupra sănătății umane, așa că restaurarea lui nu este doar pentru plăcere și siguranță, ci și pentru bunăstarea psihologică”, a spus Datta. „Fără a înțelege această hartă, suntem condamnați să eșuăm în dezvoltarea de noi tratamente.”
