Ученые составили первую подробную карту обонятельных рецепторов в носу

Микрофотография поперечного среза носа мыши. Мышь была генетически модифицирована для экспрессии зеленого флуоресцентного белка в обонятельных нейронах. Небольшая часть умирающих нейронов окрашена красным. Источник: Datta Lab

Обоняние играет ключевую роль в восприятии мира, помогая обнаруживать опасности, усиливая вкус и влияя на память и эмоции. Несмотря на это, биологические механизмы этого чувства долгое время оставались загадкой для ученых.

«Обоняние — это супер-загадочная система», — отметил Сандип (Роберт) Датта, профессор нейробиологии в Институте Блаватника при Гарвардской медицинской школе. По сравнению со зрением, слухом и осязанием, фундаментальная биология запаха была изучена гораздо меньше.

В новом исследовании на мышах команда Датты создала первую детальную карту расположения более тысячи типов обонятельных рецепторов внутри носа. Результаты опровергли давние предположения о том, что нейроны, несущие эти рецепторы, распределены случайным образом. Напротив, они оказались строго организованы, образуя горизонтальные полосы (стрипы) от верхней части носа к нижней, сгруппированные по типу рецептора.

«Наши результаты вносят порядок в систему, которая ранее считалась лишенной порядка, что концептуально меняет наше понимание того, как она работает», — заявил Датта, старший автор исследования.

Исследователи также показали, что эта карта в носу совпадает с соответствующими картами в обонятельной луковице мозга, предоставляя новые данные о том, как информация о запахах передается от носа к нейронным цепям. Результаты были опубликованы 28 апреля в журнале Cell.

Ученые давно поняли, как устроены сенсорные рецепторы в глазах, ушах и коже, и как эти паттерны связаны с мозгом. Обоняние было исключением. «Обоняние было единственным исключением; это чувство, которому дольше всего не хватало карты», — добавил Датта.

Одной из причин сложности является то, что у мышей около 20 миллионов обонятельных нейронов, каждый из которых экспрессирует один из более чем тысячи типов рецепторов. Для сравнения, цветовое зрение человека опирается всего на три основных типа рецепторов. Команда проанализировала около 5,5 миллионов нейронов у более чем 300 мышей, используя секвенирование отдельных клеток и пространственную транскриптомику. Результаты выявили четкую и последовательную закономерность: нейроны образуют плотно организованные, перекрывающиеся горизонтальные полосы в зависимости от типа рецептора. Эта структура была почти идентична у всех изученных животных.

Исследователи также выяснили, что ключевым фактором формирования этой точной структуры является ретиноевая кислота — молекула, регулирующая активность генов. Градиент ретиноевой кислоты в носу направляет нейроны, помогая каждому из них активировать правильный обонятельный рецептор в зависимости от его положения.

Помимо фундаментальной науки, это открытие может иметь практическое значение для лечения потери обоняния, для которого в настоящее время существует мало эффективных методов. «Мы не можем исправить обоняние, не понимая, как оно работает на базовом уровне», — подчеркнул Датта. Команда сейчас работает над пониманием того, почему полосы рецепторов расположены именно в таком порядке, и существует ли такая же организация у людей. Эти знания могут помочь в разработке новых подходов, включая терапию стволовыми клетками или интерфейсы «мозг-компьютер», направленных на восстановление обоняния.