使看不見的東西可見是科學(xué)家最喜歡的挑戰(zhàn)之一。
類似海洋生物的圖像是腦細(xì)胞的微觀肖像，可以理解其他看不見的氣味，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小鼠大腦嗅覺中心的細(xì)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，每個腎小球都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，其中來自鼻子中感覺細(xì)胞的信號攜帶突起(軸突)已經(jīng)收斂。
每個腎小球從其自身的嗅覺神經(jīng)元子集接收信號，這些神經(jīng)元隨機(jī)分布在動物的鼻子中，但所有嗅覺都經(jīng)過調(diào)整以相同的方式檢測氣味。自20世紀(jì)90年代以來，研究人員已經(jīng)知道，嗅覺神經(jīng)元的每個子集都帶有一種形狀獨特的受體蛋白(這要歸功于基于基因的隨機(jī)化過程)，該蛋白特異性地鎖定在不同的氣味分子上。
這就帶來了相當(dāng)多的神經(jīng)科學(xué)之謎：鼻子中每個隨機(jī)定位的氣味檢測細(xì)胞如何設(shè)法將信號發(fā)送到嗅球內(nèi)的一個特定腎小球?這一壯舉類似于50個朋友，他們最初被分開在一個城市的隨機(jī)位置，前往同一個公寓，而最初沒有地址。不知何故，他們天生都知道該去哪里。
關(guān)于嗅覺系統(tǒng)如何實現(xiàn)其接線精度的關(guān)鍵見解似乎已經(jīng)掌握在眼前。在今天發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的一項研究中，祖克曼研究所首席研究員斯塔夫羅斯·洛姆瓦達(dá)斯博士和醫(yī)學(xué)博士候選人Hani Shayya領(lǐng)導(dǎo)了一個團(tuán)隊，他們梳理出了他們懷疑的小鼠在鼻子的感覺細(xì)胞和大腦嗅球中的腎小球靶標(biāo)之間的中樞組織過程。
它們發(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(xì)胞管狀成分中呈現(xiàn)其獨特的3D形式。每種蛋白質(zhì)的形狀由其氨基酸組分的獨特序列決定。
研究人員發(fā)現(xiàn)，這些氨基酸序列中的每一個都會對ER施加可測量的壓力(想象一下將各種物體塞進(jìn)襪子中)。以尚不清楚的方式，這些不同程度的ER應(yīng)力就像一個表盤設(shè)置。
每個設(shè)置都觸發(fā)一個基因?qū)蜻^程，通過該過程，感覺細(xì)胞有效地將其軸突(通過“引導(dǎo)分子”的模式)引導(dǎo)到嗅球內(nèi)的靶小球。這樣，具有相同形狀的受體蛋白的每個感覺細(xì)胞子集最終都會將其軸突投射到完全相同的腎小球上。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。