«Наша работа предполагает, что механизмы обоняния млекопитающих не являются монолитными с точки зрения механизма или логики, а могут принимать разные формы и могут опосредоваться множеством типов рецепторов», — говорит старший автор Сандип Роберт Датта, нейробиолог из Гарвардской медицинской школы. "Эти результаты пересматривают наше каноническое представление о том, как животные исследуют химическую среду."
Работа, получившая Нобелевскую премию еще в 1991 году, показала, что у млекопитающих каждый сенсорный нейрон в основной обонятельной системе экспрессирует один тип рецептора, сопряженного с G-белком (GPCR), который специализируется на обнаружении определенного типа запаха. Паттерн активности всех сенсорных нейронов в обонятельной системе позволяет нам различать различные запахи, присутствующие в окружающей среде. Этот паттерн «один GPCR-на-нейрон» также существует в вомероназальной обонятельной системе, которая специализируется на распознавании феромонов, предлагая общую и общую логику обработки запаха.
Тем не менее, третья обонятельная система, состоящая из нейронов ожерелья, так называемая из-за уникального кругового рисунка их проекций в мозг, также реагирует на различные запахи. Неясно, какие рецепторы экспрессируются этими нейронами и какую роль они играют в восприятии запаха.
В новом исследовании Датта и его команда обнаружили, что нейроны ожерелья у мышей не экспрессируют GPCR, в отличие от всех других типов обонятельных сенсорных нейронов у млекопитающих.
Скорее, эти нейроны экспрессируют класс белков MS4A, о которых ранее не было известно, что они играют роль в восприятии запахов. Более того, каждый нейрон ожерелья экспрессирует несколько типов рецепторов MS4A, что резко контрастирует с правилом один рецептор на нейрон, которое организует обонятельные системы насекомых и других млекопитающих. Эти рецепторы реагируют на жирные кислоты, которые содержатся в орехах и семенах, а также на феромон, который, как известно, вызывает отвращение у мышей.
«Это открытие убедительно свидетельствует о том, что мозг должен интерпретировать информацию от этих рецепторов, используя стратегию, совершенно отличную от той, которая используется мозгом для распознавания большинства запахов», — говорит Датта. «Мы предполагаем — но пока не имеем доказательств, подтверждающих эту идею, — что MS4A используются как своего рода система оповещения для мозга, дающая ему понять, что в мире есть что-то действительно важное, но не сообщать мозгу явно, что это за штука."
Анализируя различия между генами Ms4a у разных видов млекопитающих, исследователи обнаружили, что эволюция этих генов предшествовала появлению у млекопитающих рецепторов вкуса и феромонов. «Тот факт, что MS4A сохраняются не менее 400 миллионов лет, предполагает, что эти рецепторы играют решающую роль в обеспечении взаимодействия животных с обонятельной средой», — говорит Датта.
У людей рецепторы MS4A ранее были обнаружены в кишечнике, клетках легких и даже в сперматозоидах. Основываясь на характере экспрессии рецепторов MS4A в различных тканях и типе запахов, которые они обнаруживают, Датта подозревает, что молекулы MS4A представляют собой древний механизм для восприятия этологически значимых малых молекул в окружающей среде. «Возможно, это основная функция MS4A у разных видов, и что обонятельная функция MS4A на самом деле эволюционировала совсем недавно», — говорит Датта.
На данный момент неясно, служат ли MS4A у людей рецепторами запахов. В будущих исследованиях Датта и его команда изучат, действуют ли белки MS4A в качестве первичного рецептора запаха у разных видов. «Это было бы невероятно интересно, так как можно было бы предположить, что у многих животных есть своего рода скрытый нос, о котором мы не подозревали, погребенный в их основной обонятельной системе», — говорит Датта.
Поскольку белки MS4A экспрессируются во многих клетках организма, исследователи также проверит, обнаруживают ли они сигналы, генерируемые самим телом. «Если это так, это может означать, что одна из причин того, что Ms4As так широко распространены в эволюции, заключается в том, что они, как правило, хорошо подходят для обнаружения небольших молекул в окружающей среде, независимо от того, является ли эта среда внешним или внутренним миром», — сказал Датта. говорит.