Uciążliwość zapachowa/Węch człowieka/Receptory węchowe i kodowanie zapachu: Różnice pomiędzy wersjami

m
uwagi bez szablonu
(uzupełnienie (integracja w mózgu))
m (uwagi bez szablonu)
[[Plik:PCR pl.svg|thumb|200px|Schemat [[w:reakcja łańcuchowa polimerazy|łańcuchowej reakcji polimerazy]] (PCR):<br />1. [[w:Denaturacja DNA|Denaturacja]] w 96 °C <br /> 2. Wiązanie [[w:RNA starterowy|starterów]] w 68 °C <br /> 3. Synteza nici [[w:zasada komplementarności|komplementarnej]] w 72 °C (P – [[w:polimerazy|polimeraza]])]]
 
[[w:Linda B. Buck|Linda B. Buck]]{{r|L.Buck Nobel lecture}} i [[w:Richard Axel|Richard Axel]]{{r|R.Axel Nobel lecture}} otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 2004 za odkrycia dokonane w wyniku badań rozpoczętych w roku 1985. Według L.B. Buck inspiracją jej badań była opublikowana w roku 1985 praca J. Pevsnera i współpracowników{{r|L.B.Buck_Cell2004}}.
Autorzy pracy badali powinowactwo nabłonka węchowego wołu i szczura do 2-izobutylo-3-[3H]metoksypirazyny (silny zapach papryki). Stwierdzono, że odorant jest specyficznie i silnie wiązany w nabłonku węchowym (nie zaobserwowano tego zjawiska w 11 innych badanych tkankach). Jego [[w:powinowactwo chemiczne|powinowactwo]] do nabłonka węchowego szczura jest 9 razy większe niż do nabłonka innych części [[w:układ oddechowy|układu oddechowego]]. Z nabłonka wołu wyizolowano białko wiążące pirazyny, które stanowi około 1% całkowitego białka rozpuszczalnego. Zbadano jego strukturę, wskazując dwa miejsca wiązania odoranta. Wykazano również, że powinowactwo tego białka do homologicznej serii pirazyn jest skorelowane z [[w:próg węchowej wyczuwalności|progami wyczuwalności ich zapachu]] przez człowieka. Wyciągnięto wniosek, że białko odgrywa istotną fizjologiczną rolę w procesie percepcji zapachu{{r|Pevsner 1985}}.
 
* geny tych białek ulegają selektywnej [[w:ekspresja genu|ekspresji]] w neuronach narządu węchu
 
Było też prawdopodobne, że poszukiwane białka receptorowe należą do nowej wówczas grupy – receptorów sprzężonych z białkiem G (w roku 1989 znano 20 należących do GPCR interoreceptorów hormonów i [[w:neuroprzekaźnik|neurotransmiterów]]). Badania zmierzające do potwierdzenia tych założeń Linda Buck prowadziła od roku 1988 w laboratorium kierowanym przez Richarda Axela. Badania polegały na{{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}:
* wyodrębnieniu [[w:Kwasy rybonukleinowe|RNA]] z węchowego nabłonka myszy<ref group="uwaga">Według L(zob. Białaczewskiego[[Uciążliwość badanozapachowa/Węch nabłonekczłowieka/Receptory węchowywęchowe szczura.i Prawdopodobniekodowanie autorzapachu#uwagi|uwaga miał na myśli badania prowadzone w laboratorium R. Axela nieco później1]]), których wyniki opublikowano w roku 1993.</ref>
* otrzymaniu [[w:zasada komplementarności|komplementarnego]] [[w:kwas deoksyrybonukleinowy|DNA]] (cDNA) za pomocą odwrotnej transkryptazy
* powieleniu cDNA z zastosowaniem [[w:reakcja łańcuchowa polimerazy|łańcuchowej reakcji polimerazy]] (ang. ''Polymerase Chain Reaction'', PCR)
* namnożeniu wyodrębnionej [[w:frakcja (chemia)|frakcji]] metodą PCR
* elektroforezie mieszaniny produktów
Uzyskano 64 frakcje łańcuchów DNA, wśród których spodziewano się zidentyfikować poszukiwaną rodzinę genów. [[w:Sekwencja nukleotydów|Sekwencja nukleotydów]], ustalona dla 10 łańcuchów DNA z jednej z tych frakcji, odpowiadała oczekiwanym [[w:sekwencja aminokwasów|pierwszorzędowym strukturom białek]]. Wyznaczona sekwencja aminokwasów w tych białkach wskazywała, że wyodrębnione łańcuchy DNA są genami białek z siedmioma domenami [[w:hydrofobowość|hydrofobowymi]] (o zmiennej sekwencji aminokwasów), tworzącymi α-helisy ([[w:struktura drugorzędowa|struktura drugorzędowa]] analogiczna do struktury znanych GPCR). Wyniki pracy opublikowano w roku 1991{{r|Białaczewski}}{{r|Buck Axel 1991}}.
 
Korzystając z bazy danych, zgromadzonych w czasie realizacji „[[w:Projekt poznania ludzkiego genomu|Projektu poznania ludzkiego genomu]]” (ang. ''Human Genome Project'', HGP), zidentyfikowano 636 analogicznych genów o długości ok. 1000 par zasad. Aktywność wykazuje tylko 339 z nich (ponad 2% z ok. 30 tys. wszystkich genów w [[w:genom człowieka|genomie]]), a pozostałe są pseudogenami, które nie ulegają ekspresji (u zwierząt udział pseudogenów jest mniejszy)<ref; group="uwaga">Poszukiwaniazob. OR[[Uciążliwość niezapachowa/Węch człowieka/Receptory zakończone,węchowe coi sprawia,kodowanie żezapachu#Uwagi|uwaga w2]]). piśmiennictwieGeny niereceptorów mawęchowych całkowitejwystępują zgodnościw danych.największej Wilości czasie wykładu wygłoszonegow [[w:chromosom czasie11|chromosomie uroczystości11]] nadania(318 Nagrody Noblagenów), Lindanie B.występują Buckw wymieniła wartościchromosomach [http[w://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdfchromosom (zobacz: slajd 16)8|8]]: <br />* człowiek: liczba genów aktywnych: 363, liczba pseudogenów[[w:chromosom 27520|20]] (43%)<bri />* mysz[[w:chromosom liczbaY|Y]]{{r|OR genówna aktywnych:en 910, liczba pseudogenów: 299 (25%).</ref>wiki}}.
Geny receptorów węchowych występują w największej ilości w [[w:chromosom 11|chromosomie 11]] (318 genów), nie występują w chromosomach [[w:chromosom 8|8]], [[w:chromosom 20|20]] i [[w:chromosom Y|Y]]{{r|OR na en wiki}}.
 
Wszystkie receptory węchowe uznano za nadrodzinę '''OR''' ('''O'''lfactory '''R'''eceptor), w której wyróżnia się rodziny (zgodność sekwencji > 40%) oznaczane kolejnymi numerami 1–56 oraz podrodziny (zgodność sekwencji > 60%) oznaczane symbolami literowymi, np. A, AG, C{{r| klasyfikacja OR}}. Ostatni element symbolu OR jest numerem białka w podrodzinie, np. OR10AG1{{r|OR10AG1}}.
[[Plik:Green fluorescent protein expressed in ciliated olfactory sensory neurons.jpg|thumb|200px|Określenie drogi sygnałów od zakończeń nerwów węchowych do kłębuszków opuszki umożliwiły [[w:białko zielonej fluorescencji|białka zielonej fluorescencji]]]]
[[Plik:Olfactory system.svg|thumb|200px|System węchowy człowieka <br />1. [[Uciążliwość zapachowa/Węch człowieka/Elementy anatomii narządu węchu|opuszka węchowa]]; 2. komórki mitralne (II neurony [[w:droga węchowa|drogi węchowej]]; 3. [[w:kość sitowa|kość sitowa]] 4. [[w:nabłonek węchowy|nabłonek węchowy]]; 5. „kłębuszki” opuszki węchowej; 6. komórki węchowe (receptory)]]
[[Plik:Olfactory recept principle.svg|thumb|200px|Zasada dekodowania zapachu odorantów, wiązanych przez różne receptory<ref group="uwaga">Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B(zob. Buck,[[Uciążliwość wygłoszonegozapachowa/Węch wczłowieka/Receptory czasiewęchowe uroczystościi nadaniakodowanie Nagrodyzapachu#Uwagi|uwaga Nobla, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (slajd 263]])].</ref> <br />Cechy kształtu pięciu różnych receptorów oraz cząsteczek odorantów reprezentują różne właściwości chemiczne i stereochemiczne, decydujące o wzajemnym powinowactwie. W nabłonku węchowym człowieka znajduje się 339 różnych białek receptorowych OR w milionach komórek nabłonka węchowego. Liczba wzorców pobudzenia tych komórek jest niemal nieograniczona]]
 
Podstawami koncepcji systemu węchowego są{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}{{r|Obrębowski}}{{r|Ponikowska}}:
* zidentyfikowanie nadrodziny ponad 1000 węchowych białek receptorowych (OR)
* wykazanie, że poszczególne OR ulegają selektywnej ekspresji w poszczególnych komórkach [[w:narząd|narządów]] zmysłu węchu, przy czym w jednym neuronie ulega ekspresji jeden rodzaj OR
* sprawdzenie, jak poszczególne OR reagują na różne związki chemiczne (odoranty)
* zbadanie sposobu interpretacji sygnałów o pobudzeniu receptorów (neurony I rzędu) na wyższych piętrach [[w:układ nerwowy#analizatory wrażeń zmysłowych|analizatora wrażenia zmysłowego]] (zobacz: [[w:droga węchowa|droga węchowa]], [[w:nerw węchowy|erwnerw węchowy]])
 
Potwierdzenie spodziewanej lokalizacji receptorów (selektywnej ekspresji genów OR) uzyskano wykorzystując metodę znakowania receptorów [[w:białko zielonej fluorescencji|z użyciem GFP]] oraz technik [[w:inżynieria genetyczna|inżynierii genetycznej]] i [[w:klonowanie|klonowania]]. Otrzymano zdjęcia, np. przekrojów tkanki nerwowej [[w:Organizm zmodyfikowany genetycznie|transgenicznych]] myszy, na których wyraźną zieloną [[w:fluorescencja|fluorescencję]] (świadczącą o obecności białek OR) wykazują komórki nabłonka węchowego i opuszki{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}.
 
Techniki inżynierii genetycznej zastosowano również czasie badań roli kłębuszków (''glomerule'') opuszki węchowej w interpretacji sygnałów węchowych. Opuszka człowieka i innych ssaków (''bulbus olfactorius'', BO) mieści się bezpośrednio nad blaszką sitową [[w:kość sitowa|kości sitowej]] (''lamina cribrosa ossis ethmoidale''), stanowiącą sklepienie jamy nosowej. Przez blaszkę przenikają aksony komórek węchowych nabłonka, który pokrywa tę część jamy (ok. 2×2,5 cm², ok. 2×50 mln komórek czuciowych {{r|Potargowicz}}).
Informacja o pobudzeniu określonych stref opuszki jest przekazywana do neuronów rozsianych w korze węchowej. Z określonym zapachem wiąże się odpowiednia grupa pobudzonych neuronów kory, podobna u różnych osobników gatunku.
 
Informacja o pobudzeniu jednego typu OR byłaby równoznaczna z identyfikacją zapachu, gdyby te receptory były selektywnymi czujnikami, reagującymi na jeden związek lub na ściśle określoną grupę zanieczyszczeń powietrza, o takim samym lub podobnym zapachu. Ten warunek nie jest spełniony. Badania L.B. Buck i R. Axela wykazały, że jeden OR może reagować na działanie różnych związków chemicznych, a jeden związek wywołuje pobudzenie neuronów z różnymi OR. Dekodowanie niemal nieskończonej liczby zapachów polega więc na ich porównywaniu wzorcami, zachowanymi w pamięci w postaci informacji o reakcjach wszystkich receptorów (przetworzonych i wzmocnionych w opuszce){{r|L.Buck Nobel lecture}}{{r|Białaczewski}}{{r|Skangiel-Kramska}}.
 
W tabeli przedstawiono przykład ilustrujący w jaki sposób różne receptory węchowe reagują na określone związki chemiczne (odoranty). Symbole ''S1'', ''S3'', ''S18'' itd. oznaczają numery przypisane poszczególnym receptorom. Znak „+” oznacza reakcję receptora na działanie danego związku, zero – brak reakcji<ref group="uwaga">Więcej przykładów – zobacz: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (slajd 25)].</ref>.
(zob. [[Uciążliwość zapachowa/Węch człowieka/Receptory węchowe i kodowanie zapachu#Uwagi|uwaga 4]]).
 
{|class="wikitable"
|-
| [[w:Oktanol|Oktanol]]||0||0||x||x||0||x||0||x||0||0||przyjemny
|}
[[Plik:Model smell recogn.svg|thumb|200px|Model przekazywania sygnałów o zapachu z nabłonka węchowego do ośrodka korowego<ref group="uwaga">Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B(zob. Buck,[[Uciążliwość wygłoszonegozapachowa/Węch wczłowieka/Receptory czasiewęchowe uroczystościi nadaniakodowanie Nagrodyzapachu#Uwagi|uwaga Nobla, [http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf (slajd 46 i 475]])].</ref>]]
Badania systemu węchowego, zainicjowane odkryciem OR, są intensywnie kontynuowane w wielu laboratoriach świata. W laboratorium Richarda Axela{{r|Axel Lab 2011}} badano np. węch transgenicznej myszy, wyhodowanej z komórki jajowej której jądro zastąpiono jądrem komórki węchowej. Stwierdzono, że węch tej myszy nie odbiega od węchu myszy grupy porównawczej. W komórkach jej nabłonka węchowego powstały wszystkie rodzaje OR myszy i mapa pobudzeń tych receptorów jest poprawnie rozpoznawana w mózgu{{r|Białaczewski}}. W laboratorium Lindy B. Buck wyhodowano np. klon myszy ze znaczonymi białkami na całej długości drogi węchowej, co ułatwia badania organizacji systemu węchowego{{r|Białaczewski}}. Wykazano też, że niektóre bezwonne związki mogą wywoływać wrażenia węchowe, jeżeli występują w mieszaninach{{r|Linda Buck 2006}}. W innych laboratoriach prowadzone są np. badania systemów nerwowych innych organizmów, np. porównania systemów węchowych człowieka i [[w:szympans|szympansa]] i inne analizy zmian systemu węchowego w procesie ewolucji{{r|Stettler Axel 2009}}{{r|Evolution}}.
 
Wciąż zagadkowe są procesy zachodzące w mózgu na etapie integracji wszystkich bodźców, równocześnie odbieranych przez człowieka. Badania tych procesów dotyczą najczęściej percepcji wzrokowej. O dawna opisywane jest np. zjawisko „stałości barw”, które sprawia, że kolorystyka oglądanych obrazów nie zależy od rodzaju oświetlenia (np. światło dzienne padające bezpośrednio lub przefiltrowane przez zieleń liści, różne rodzaje sztucznego oświetlenia wnętrz). Stałość barw jest jednym z wielu dowodów, że o rodzaju odbieranego wrażenia wzrokowego nie decydują informacje o instrumentalnie mierzonych wielkościach bodźców pobudzających czopki siatkówki. Poprawne rozpoznanie wrażenia wymaga integracji wszystkich sygnałów równocześnie odbieranych z różnych receptorów (informacje o aktualnym stanie organizmu i otoczenia) oraz z pamięci. Procesy percepcji wrażeń węchowych są badane rzadziej, jednak wydaje się oczywiste, że również w tym przypadku wielką rolę odgrywa integracyjna działalność mózgu, odpowiedzialna np. za poprawne rozpoznawanie zapachów, złudzenia lub adaptację węchową{{r|Konorski|Sacks}}.
 
{{== Uwagi}} ==
# Według L. Białaczewskiego<ref name ="Białaczewski"/> badano nabłonek węchowy szczura. Prawdopodobnie autor miał na myśli badania prowadzone w laboratorium R. Axela nieco później, których wyniki opublikowano w roku 1993.
# Poszukiwania OR nie są zakończone, co sprawia, że w piśmiennictwie nie ma całkowitej zgodności danych. W czasie wykładu wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla<ref name="L.Buck Nobel lecture"/>, Linda B. Buck wymieniła wartości (zob.: slajd 16): <br />* człowiek: liczba genów aktywnych: 363, liczba pseudogenów: 275 (43%)<br />* mysz: liczba genów aktywnych: 910, liczba pseudogenów: 299 (25%).
# Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla (slajd 26)<ref name="L.Buck Nobel lecture"/>.
# Więcej przykładów – zobacz: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla (slajd 25)<ref name="L.Buck Nobel lecture"/>.
# Zobacz też: slajdy z wykładu Lindy B. Buck, wygłoszonego w czasie uroczystości nadania Nagrody Nobla (slajd 46 i 47)]<ref name="L.Buck Nobel lecture"/>.
 
== Przypisy ==
* <ref name="Konorski">{{cytuj książkę |autor = [[w:Jerzy Konorski|Jerzy Konorski]]| tytuł = Integracyjna działalność mózgu| wydawca = Państwowe Wydawnictwo Naukowe | miejsce = Warszawa| rok = 1969}}</ref>
 
* <ref name="Sacks">[[w:Oliver Sacks|Oliver Sacks]], ''Antropolog na Marsie'', Zysk i S-ka, Poznań 2009, ISBN: 978-83-7506-286-1 (''An Anthropologist on Mars'', 1995)</ref>
}}