Il funzionamento segreto dei recettori dell’olfatto, finalmente rivelato

Le osservazioni del team possono spiegare come i recettori olfattivi degli insetti possano generalmente evolversi così rapidamente e divergere così tanto tra le specie. Ogni specie di insetto potrebbe aver evoluto “il suo repertorio unico di recettori che sono davvero adatti alla sua particolare nicchia chimica”, ha detto Ruta.

“Ci dice che sta succedendo molto di più della semplice idea che i recettori interagiscano liberamente con un gruppo di ligandi”, ha detto Datta. Un recettore costruito attorno a una singola tasca di legame, con un profilo di risposta che può essere risintonizzato con la più piccola delle modifiche, potrebbe accelerare l’evoluzione liberandola per esplorare un ampio spettro di repertori chimici.

Vanessa Ruta, neuroscienziata della Rockefeller University, si è rivolta alla biologia strutturale per ottenere nuove informazioni su come i singoli recettori olfattivi percepiscano così tante diverse molecole di odore.Fotografia: Fondazione John D. e Catherine T. MacArthur

Anche l’architettura del recettore supportava questa visione. Ruta e i suoi colleghi hanno scoperto che consisteva di quattro subunità proteiche legate in modo lasco al poro centrale del canale, come i petali di un fiore. Solo la regione centrale doveva essere conservata poiché il recettore si diversificava ed evolveva; le sequenze genetiche che governano il resto delle unità recettoriali erano meno vincolate. Questa organizzazione strutturale significava che il recettore poteva ospitare un ampio grado di diversificazione.

Tali leggeri vincoli evolutivi a livello del recettore probabilmente impongono una sostanziale pressione selettiva a valle sui circuiti neurali per l’olfatto: i sistemi nervosi hanno bisogno di buoni meccanismi per decodificare i modelli disordinati dell’attività del recettore. “In effetti, i sistemi olfattivi si sono evoluti per prendere modelli arbitrari di attivazione dei recettori e dotarli di significato attraverso l’apprendimento e l’esperienza”, ha detto Ruta.

Curiosamente, però, i sistemi nervosi non sembrano rendere il problema più facile per se stessi. Gli scienziati avevano ampiamente supposto che tutti i recettori su un singolo neurone olfattivo fossero della stessa classe e che i neuroni di classi diverse andassero a regioni di elaborazione separate del cervello. In un coppia di preprint pubblicato lo scorso novembre, tuttavia, i ricercatori hanno riferito che sia nelle mosche che nelle zanzare, i singoli neuroni olfattivi esprimono più classi di recettori. “Il che è davvero sorprendente e aumenterebbe ancora di più la diversità della percezione sensoriale”, ha detto Barber.

I risultati del team di Ruta sono lontani dall’ultima parola su come funzionano i recettori olfattivi. Gli insetti utilizzano molte altre classi di recettori olfattivi dei canali ionici, compresi quelli che sono molto più complessi e molto più specifici di quelli della setola che salta. Nei mammiferi, il recettore olfattivo non è nemmeno un canale ionico; appartiene a una famiglia di proteine ​​completamente diversa.

“Questa è la prima struttura di riconoscimento degli odori in qualsiasi recettore di qualsiasi specie. Ma probabilmente non è l’unico meccanismo di riconoscimento degli odori”, ha detto Ruta. “Questa è solo una soluzione al problema. Sarebbe molto improbabile che sia l’unica soluzione”.

Anche così, lei e altri ricercatori pensano che ci siano molte lezioni più generali da imparare dal recettore olfattivo della setola che salta. È allettante, ad esempio, immaginare come questo meccanismo potrebbe applicarsi ad altri recettori nel cervello degli animali, da quelli che rilevano neuromodulatori come la dopamina a quelli che sono colpiti da vari tipi di anestetici, “e quanto imprecisi possano essere”, ha detto Barber. “Offre un modello affascinante per continuare a esplorare interazioni di legame non specifiche”.

Forse questo approccio flessibile e vincolante dovrebbe essere considerato anche in altri contesti, ha aggiunto. Ricerca pubblicata nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze a marzo, ad esempio, ha suggerito che anche i recettori canonici dei canali ionici lock-and-key potrebbero non essere così strettamente selettivi come pensavano gli scienziati.

Se molti diversi tipi di proteine ​​si legano ai recettori attraverso interazioni flessibili e deboli all’interno di un qualche tipo di tasca, quel principio potrebbe guidare la progettazione razionale di farmaci per varie malattie, in particolare le condizioni neurologiche. Per lo meno, il lavoro di Ruta sul legame del DEET a un recettore olfattivo degli insetti potrebbe fornire informazioni su come sviluppare repellenti mirati. “La zanzara è ancora l’animale più mortale sulla Terra” a causa delle malattie che porta, ha detto Ruta.

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