Группа нейробиологов из Гарвардской медицинской школы представила первую детальную карту расположения обонятельных рецепторов, расшифровав принципы организации миллионов чувствительных нейронов. Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Cell, опровергает многолетнее представление о хаотичном распределении клеток, отвечающих за восприятие запахов. До последнего времени биология обоняния оставалась наименее изученной по сравнению со зрением, слухом или осязанием, для которых принципы кодирования информации были установлены десятилетия назад.
В ходе работы ученые проанализировали около пяти с половиной миллионов нейронов более чем у трехсот мышей. Применение методов секвенирования отдельных клеток в сочетании с пространственной транскриптомикой позволило установить, что рецепторы не разбросаны случайным образом, а сгруппированы в четкие горизонтальные полосы. Эти структуры проходят от верхней к нижней части носовой полости и строго упорядочены в зависимости от типа белка-рецептора. Выяснилось, что полученная топографическая схема в точности соответствует архитектуре обонятельной луковицы головного мозга, что объясняет механизм трансляции внешних сигналов в нейронные импульсы.
Сложность задачи была обусловлена масштабом системы: если цветовое зрение человека опирается всего на три основных типа рецепторов, то у мышей их количество превышает тысячу. Каждая такая группа специализируется на определенных молекулах пахучих веществ. Исследователи обнаружили, что за формирование этой точной структуры отвечает градиент ретиноевой кислоты – молекулы, регулирующей активность генов в процессе развития. Экспериментальное изменение концентрации этого вещества в тканях приводило к закономерному смещению всей карты расположения рецепторов вверх или вниз.
По мнению авторов работы, отсутствие фундаментальных знаний о пространственной организации обоняния до сих пор препятствовало разработке эффективных методов лечения его потери. Понимание того, как устроена эта система на базовом биологическом уровне, необходимо для создания новых терапевтических подходов, включая применение стволовых клеток или нейрокомпьютерных интерфейсов. В ближайшее время ученые намерены выяснить, сохраняется ли аналогичная полосчатая структура у человека и какие именно факторы определяют последовательность расположения рецепторных зон.
