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重磅!揭示嗅觉系统识别一万亿种气味之谜‘官网’2021-04-03 04:21

人鼻子需要区分一万亿种有所不同的---这一非凡的伟业必须鼻子中的1000万个专门的神经元和400多个专用基因。

重磅!揭示嗅觉系统识别一万亿种气味之谜

但是,长期以来,科学家们并不确切这些基因和神经元如何准确地齐心协力来找到特定的气味。这在相当大程度上是因为每个神经元内部的基因活性---在这1000万个神经元中,每个神经元仅有自由选择转录这数百个专用基因中的一个---或许过于非常简单了而无法解释鼻子必需解析的气味数量。如今,在一项新的研究中,来自美国哥伦比亚大学的研究人员以小鼠作为研究对象,找到在每个专门的神经元中,通过在三维空间中自我重新排列,基因组对这些专用基因展开调节,从而产生检测我们所经历的气味所需的生物多样性。涉及研究结果于2019年1月9日在线公开发表在Nature期刊上,论文标题为“LHX2-andLDB1-mediatedtransinteractionsregulateolfactoryreceptorchoice”。论文通讯作者为哥伦比亚大学扎克曼心脑不道德研究所首席研究员StavrosLomvardas博士。论文第一作者为Lomvardas实验室的KevinMonahan博士和AdanHorta博士。Lomvardas说道,“通过这项新的研究,我们确认了一种基因组机制,通过该机制,受限数量的基因最后需要帮助区分看起来完全无限数量的气味。”气味,也称作嗅觉,是极为简单的。我们鼻子里的嗅觉受体不仅必需辨识气味,还要测量它的强度,此外还不会扫瞄我们的记忆以便确认它否曾多次遇上过,并确认它否令人感觉的或者是剧毒的。作为从鼻子蜿蜒到大脑中的专门神经元,嗅觉受体神经元(olfactoryreceptorneuron)使这一切沦为有可能。尽管每个神经元都包括400多个专用的嗅觉受体基因,但是每个神经元中仅有一个嗅觉受体基因是有活性的。更加令人困惑的是,有活性的基因或许是随机自由选择的,并且在每个神经元中都是不一样的。这种不奇怪的基因活性模式被称作“每个神经元对应一个基因(onegeneperneuron)”规则,长期以来仍然是Lomvardas等科学家们的研究重点。显然,密码每个嗅觉受体神经元如官网何需要仅有转录这些嗅觉受体基因中的一个---以及这个过程如何产生如此灵敏的嗅觉---几十年来依然是不得而知的。Monahan说道,“在小鼠中,嗅觉受体基因集中在基因组中的约60个有所不同方位上---坐落于有所不同上,相距较为近的距离。”小鼠具备约1000个嗅觉受体基因,是人类的两倍多,因而有可能展现出出有出色的嗅觉。

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传统上,人们仍然指出坐落于有所不同染色体上的基因很少(如果有的话)彼此相互作用。通过使用一种新的称作原位Hi-C(insituHi-C)的基因组测序技术,Lomvardas博士和他的团队最近找到染色体之间再次发生的相互作用要比预期的频密得多。Horta说道,“原位Hi-C是革命性的,这在相当大程度上是因为它容许我们在活细胞内绘制三维的原始基因组图谱。

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这为我们获取了基因组在特定时间点的快照。”这些研究人员摄制的基因组快照指出在自由华体会选择一个嗅觉受体基因之前,坐落于有所不同染色体上的嗅觉受体基因簇不会在物理上向彼此移动。在这些基因挤满在一起之后旋即,另一种称作增强子(enhancer)的基因元件挤满在一个分开的三维空间中。增强子本身不是基因,但需要调节基因的活性。Horta说道,“我们之前已找到一组我们命名为希腊群岛(GreekIslands)的增强子,它们坐落于各个嗅觉受体基因附近。这项新的研究指出这些增强子产生的活动热点可调节“挑选出的”嗅觉受体基因。这些研究人员还找到蛋白Ldb1在这一过程中起着起到。它让希腊群岛维持在一起,容许它们打开特定的嗅觉受体基因,随后作为一个团队辨识附近的特定气味。Monahan说道,“这些基因团队让嗅觉系统需要以多种方式作出反应。这个过程的灵活性有可能有助说明我们如何精彩地自学和忘官网记新的气味。