使不可見的可見是科學(xué)家們最喜歡的挑戰(zhàn)之一。
類似海洋生物的圖像是腦細胞的顯微圖像，可以理解其他不可見的氣味，例如玫瑰的香氣或臭雞蛋的惡臭。優(yōu)雅的紅色和綠色條紋揭示了老鼠大腦嗅覺中心的細胞：它的嗅球。嗅球被組織成數(shù)百甚至數(shù)千個分離的簇，稱為腎小球，每個腎小球以特定的方式對漂浮在空氣中的數(shù)千種氣味化學(xué)物質(zhì)做出反應(yīng)。上圖顯示了一個單一的腎小球，其中來自鼻子感覺細胞的信號攜帶突起(軸突)已經(jīng)會聚。
每個腎小球都接收來自其自己的嗅覺神經(jīng)元子集的信號，這些嗅覺神經(jīng)元隨機分布在動物的鼻子中，但都經(jīng)過調(diào)整以以相同的方式檢測氣味。自 1990 年代以來，研究人員已經(jīng)知道，這些嗅覺神經(jīng)元亞群中的每一個都帶有一個形狀獨特的受體蛋白(這要歸功于基于隨機基因的過程)，該蛋白會特異性地鎖定在不同的氣味分子上。
這就提出了一個神經(jīng)科學(xué)的謎團：鼻子中每個隨機定位的氣味檢測細胞如何能夠?qū)⑿盘柊l(fā)送到嗅球內(nèi)的一個特定腎小球?這一壯舉類似于，比如說，50 名最初分散在城市中隨機地點的朋友在沒有最初地址的情況下前往同一個公寓。不知何故，他們天生就知道該去哪里。
嗅覺系統(tǒng)如何實現(xiàn)其布線精度的關(guān)鍵見解似乎已經(jīng)掌握。在今天發(fā)表在《細胞》雜志上的一項研究中，祖克曼研究所首席研究員 Stavros Lomvardas 博士和醫(yī)學(xué)博士。候選人 Hani Shayya 領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊梳理了他們懷疑是小鼠鼻子感覺細胞和大腦嗅球中的腎小球目標之間的中央組織過程。
他們發(fā)現(xiàn)的核心在于每個受體蛋白的形狀，因為它在稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER) 的細胞管狀成分中呈現(xiàn)其獨特的 3D 形式。每種蛋白質(zhì)的形狀都由其氨基酸成分的獨特序列決定。
研究人員發(fā)現(xiàn)，這些氨基酸序列中的每一個都會對 ER 施加可測量程度的壓力(想象將各種物體塞進襪子里)。以未知的方式，這些不同程度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力就像一個刻度盤設(shè)置。
每個設(shè)置都會觸發(fā)一個基因?qū)虻倪^程，通過這個過程，感覺細胞有效地將它們的軸突(通過“引導(dǎo)分子”的模式)引導(dǎo)到它們在嗅球內(nèi)的目標腎小球。這樣，具有相同形狀受體蛋白的感覺細胞的每個子集最終將其軸突投射到相同的腎小球。如果沒有這種受體-腎小球映射，玫瑰最終可能會聞起來像臭雞蛋，反之亦然。
“這令人興奮，”Lomvardas 博士說，他也是哥倫比亞瓦格洛斯內(nèi)科醫(yī)生和外科醫(yī)生學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)、生物化學(xué)和分子生物物理學(xué)教授。“這個系統(tǒng)找到了一種方法來創(chuàng)建一種基因編碼的硬連線方法，將隨機選擇的受體身份轉(zhuǎn)換為嗅球中非常精確的目標。”
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