Это сделали на примере носа мыши
Два новых исследования изменили представления ученых о том, как нос формирует обоняние. Исследование, опубликованное в Cell, показывает, что около 1100 обонятельных рецепторов, экспрессируемых сенсорными нейронами, расположены в строго определенных местах эпителиальной ткани, выстилающей носовую полость. Второе исследование представляет собой дополнительный атлас экспрессии обонятельных рецепторов в обонятельном эпителии и их нейронных связей с обонятельной луковицей в головном мозге.
«В течение 30 лет мы учили студентов, что обонятельный эпителий мыши состоит из нескольких широких зон, в пределах которых выбор рецепторов происходит практически случайным образом. Это знаковая статья, которая опровергает одну из основополагающих моделей обонятельной системы, описанных в учебниках», — говорит Йохан Лундстрём (Johan Lundström), психолог и нейробиолог-экспериментатор из Каролинского института в Стокгольме.
Полосы обоняния
Во время исследования ученые изучили около пяти миллионов нейронов сотен отдельных мышей. Сначала они использовали секвенирование отдельных клеток, чтобы определить, какие обонятельные рецепторы экспрессируются нейронами в носу, а затем применили пространственную транскриптомику, чтобы определить, где экспрессируются ключевые гены. Это позволило им определить местонахождение рецепторов и показать, что они всегда расположены горизонтальными полосами, идущими от верхней части носа к нижней.
Каждый рецептор занимает определенное положение в носу. Поскольку в носу тысячи рецепторов, каждый из них экспрессируется в виде полоски, которая перекрывается с другими полосками, образуя тысячу перекрывающихся полосок.
Ученые предполагают, что это пространственное картирование формируется в процессе развития и контролируется набором генов. Авторы обнаружили, что ключевую роль в этом процессе играет молекула под названием ретиноевая кислота. Они выявили градиентное распределение ретиноевой кислоты в разных частях носа. Изменяя уровень экспрессии этой молекулы, они показали, что она помогает контролировать активность генов, направляя каждый нейрон к экспрессии обонятельных рецепторов, соответствующих его расположению.
От носа к мозгу
Команда также показала, что карта назальных рецепторов соответствует аналогичным паттернам экспрессии генов в обонятельной луковице, подобно тому, как организация карт в мозге, отвечающих за осязание, слух и зрение, соответствует организации соответствующих рецепторов. Это означает, что карты в носу и в мозге — это не две отдельные задачи, которые должна решить система, а два проявления одной и той же логики развития.
Работа может быть полезна при использовании стволовых клеток для восстановления обоняния: чтобы человек мог различать весь спектр запахов, ему нужны все полоски.
Хотя исследования проводились на мышах, ученые считают, что такая же система существует и у людей. Сейчас команда изучает пространственные карты в тканях человека и пытается сопоставить различные запахи с группами рецепторов.
В прошлом году хирурги смогли «перезапустить» обоняние и вкус у пациентов с постковидным синдромом.