Группа исследователей под руководством Университета Дьюка, Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Научно-исследовательского института Бекмана города Хоуп сконструировала обонятельные рецепторы, чтобы выявить молекулярную основу распознавания запахов.
Позвоночные животные воспринимают запахи через рецепторы обоняния (OR), сопряженные с G-белком. У людей около 400 таких рецепторов, которые позволяют нам отличать хорошие запахи от плохих.
Семейство OR состоит из двух основных классов. OR класса I настроены на карбоновые кислоты , улавливая запахи уксуса, испорченного молока, пота, некоторых сыров, животных жиров и некоторых кулинарных масел. OR класса II реагируют на широкий спектр пахучих веществ и представляют большую часть человеческого обоняния.
Понимание того, как обонятельная система обнаруживает и различает одоранты с различными физико-химическими свойствами, остается сложной задачей из-за сложности визуализации действия этих естественных рецепторов.
Наблюдение за взаимодействием OR в человеческом носу находится за пределами возможностей современных лабораторных технологий. К счастью, исследователи обнаружили, что воссоздание ОР в синтетической лабораторной среде — это то, что наука может сделать.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, исследователи использовали сконструированные обонятельные рецепторы, созданные с использованием стратегии конструирования консенсусного белка, для раскрытия молекулярных свойств взаимодействия одорантов с обонятельными рецепторами.
Сконструированные OR были генетически смоделированы по образцу 17 основных подсемейств человеческих OR, что дало шаблоны для индивидуальных нативных OR с высокой степенью сходства последовательностей и структур.
После того, как они спроектировали сконструированные OR, команда создала индивидуальные генетические инструкции (синтетическую ДНК) для производства этих синтетических рецепторов. Синтетическая ДНК затем была вставлена в векторы, небольшие кольцевые молекулы ДНК, которые могут независимо реплицироваться внутри клетки-хозяина.
Эти векторы были введены в человеческие клетки, выращенные в лабораторных условиях, и клетки использовались в качестве крошечных фабрик, которые превращали генетические инструкции в сконструированные OR -белки.
Исследователи провели анализы накопления цАМФ, чтобы проверить активность сконструированных OR в ответ на определенные одоранты. Этот анализ измеряет выработку циклического АМФ (цАМФ), молекулы, участвующей в передаче сигнала.
Анализ цАМФ обычно использует люминесцентный ответ, который становится более тусклым во время активности сайта связывания, предоставляя исследователям визуальное подтверждение и количественную меру активации рецептора при взаимодействии одорантов с сконструированными OR.
Сравнивая реакции спроектированных OR на различные одоранты, исследование выявило различные режимы связывания одорантов и механизмы активации между OR класса I и класса II.
Новый подход метода преодолевает самый большой барьер, с которым сталкивались исследователи при раскрытии молекулярного распознавания одорантов суперсемейством OR. Эти усилия значительно продвинут будущие исследования того, как обонятельная система обнаруживает и различает широкий спектр одорантов.
