Ratkaisemalla hajureseptorien rakennetta, ranskalais-amerikkalainen tiedeyhteisö on pystynyt näyttämään, miten ne sitoutuvat hajumolekyyleihin ja mitkä ovat niihin liittyvät aktivointimekanismit*. Tulokset on julkaistu lehdessä Nature, ja niillä voisi olla sovelluksia parfyymeissä ja elintarviketeollisuudessa, mutta myös lääketeollisuudessa.
Kuvituskuva Pixabay
Hajuaistimme perustuu vuorovaikutukseen hengittämämme hajumolekyylin ja "hajureseptoreiksi" kutsuttujen proteiinien välillä. Nämä reseptorit ovat pitkään olleet mustia laatikoita, joiden kolmiulotteinen atomirakenne on ollut meille tuntematon. Jotta voimme edetä hajuaistin ymmärtämisessä, on välttämätöntä visualisoida, miten hajumolekyyli sitoutuu reseptoriin.
Vuonna 2023 julkaistiin ensimmäinen ihmisen hajureseptorin rakenne lehdessä Nature. Se oli luokan I reseptori, joka edustaa 16 % hajureseptoreistamme, jotka ovat erikoistuneet hapon havaitsemiseen**.
Luokan II hajureseptorien rakenne, jotka edustavat 84 % hajureseptoreistamme ja joita käytämme lähes kaikkien havaitsemamme hajumolekyylien tunnistamiseen, on tähän päivään asti ollut tuntematon. Syynä on hyvin yksinkertainen asia: ihmisillä tai muilla nisäkkäillä näitä reseptoreita ei ilmaista (tuoteta) riittäviä määriä, jotta niiden rakennetta voitaisiin selvittää. Tämä alhainen ilmentäminen on pitkään estänyt hajureseptorien rakenteen määrittämistä, mikä on tehnyt niiden tutkimisesta erityisen vaikeaa tähän päivään asti.
Tämän vaikeuden kiertämiseksi CNRS:n luonnollisten aineiden kemian instituutin ja Duke Universityn tutkijat ovat rakentaneet "konsensus" hajureseptorien sekvenssejä, jotka perustuvat yhteen hajureseptorien alaluokkaan, joka löytyy nenästämme.
Tätä varten he valitsivat jokaiselle 350 paikalle yleisimmin havaittavan aminohapon kaikista tämän alaluokan reseptoreista. Riittävissä määrin tuotetut nämä konsensusreseptorit, "mallit" hajureseptorien perheestä, ovat mahdollistaneet neljän uuden kokeellisen hajureseptorin rakenteen saamisen, joista kolme on luokan II reseptoreita, jotka liittyvät erilaisiin hajumolekyyleihin.
Nämä rakenteet paljastavat, että luokan I ja II hajureseptorit käyttävät erilaisia sitoutumismalleja hajumolekyyleihin ja erilaisia aktivointimekanismeja. Luokan I reseptorit käyttävät yksinkertaista aktivointimekanismia. Yksi aminohappo, joka on läsnä kaikissa tämän luokan reseptoreissa, on mukana karboksyylihappojen havaitsemisessa.
Sen sijaan luokan II reseptorit, jotka sitoutuvat paljon monimuotoisempiin molekyyleihin, tarvitsevat useita aminohappoja, jotka ovat jakautuneet koko niiden onteloon, havaitakseen nämä erilaiset hajumolekyylit.
Tulokset vaikuttavat ymmärrykseemme hajujen havaitsemisesta ja niillä on sovelluksia parfyymeissä ja elintarviketeollisuudessa. Mutta ei vain siinä. Ne voisivat myös kiinnostaa farmakologeja, sillä jotkut näistä hajureseptoreista ilmenevät monenlaisissa soluissa, jotka eivät kuulu hajujärjestelmäämme, ja näyttävät näyttelevän roolia useiden syöpien lisääntymisessä.
Huomautukset:
* Hajureseptoriin liittyvä aktivointimekanismi kuvaa prosessia, jossa hajumolekyyli sitoutuu hajureseptoriin, laukaisten reaktioketjun sensorisessa neuronissa, joka johtaa hajun havaitsemiseen.
** Karboksyylihappoja ovat R-COOH-ryhmät, joita löytyy juustosta, kookoksesta, tietyistä hedelmistä, etikasta ja monista eläin- tai kasviöljyistä.
*** Jokainen hajureseptori koostuu noin 350 aminohapon sekvenssistä.
Toimittaja: CCdM
Viite:
Engineered odorant receptors illuminate the basis of odour discrimination
Nature 2024 - https://www.nature.com/articles/s41586-024-08126-0
DOI: 10.1038/s41586-024-08126-0.