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L'étude offre des vues moléculaires sur la façon dont les récepteurs olfactifs fonctionnent

Tous les sens doivent compter avec la richesse du monde, mais rien n'apparie le défi relevé par le système olfactif qui est à la base de notre odorat. Nous avons besoin de seulement trois récepteurs dans nos yeux pour détecter toutes les couleurs de l'arc-en-ciel ; c'est parce que les différentes tonalités apparaissent comme ondes lumineuses qui varient en travers de juste une cote, leur fréquence. Le monde coloré vibrant, cependant, pâlit par rapport à la complexité du monde chimique, avec ses nombreux millions d'odeurs, de chacune composées de centaines de molécules, variant tout grand dans la forme, la taille et les propriétés. L'odeur du café, par exemple, apparaît d'une combinaison de plus de 200 composantes chimiques, qui sont structurellement diverses, et d'aucun dont sent réellement comme le café seule.

Le système olfactif doit identifier un gigantesque nombre de molécules avec seulement quelques récepteurs ou même moins de cents odeurs. Il est clair qu'il ait dû évoluer un genre différent de logique que d'autres systèmes sensoriels. »

Ruta de Vanessa, neurologiste de Rockefeller

Dans une étude neuve, le Ruta et ses collègues offrent des réponses à la question de plusieurs décennies de la reconnaissance d'odeur en fournissant les vues moléculaires toutes premières d'un récepteur olfactif au travail.

Les découvertes, publiées en nature, indiquent que les récepteurs olfactifs suivent en effet une logique rarement vue dans d'autres récepteurs du système nerveux. Tandis que la plupart des récepteurs sont avec précision formés pour appareiller avec seulement quelques molécules choisies d'une mode de blocage-et-clavette, la plupart des récepteurs olfactifs chaque grippage à un grand nombre de différentes molécules. Leur promiscuité dans l'appareillement avec un grand choix d'odeurs permet à chaque récepteur de répondre à beaucoup de composantes chimiques. De là, le cerveau peut figurer à l'extérieur l'odeur en considérant la configuration d'activation des combinaisons des récepteurs.

Reconnaissance holistique

Des récepteurs olfactifs ont été découverts il y a 30 ans. Mais les scientifiques n'ont pas pu réellement les voir vers le haut de la fin et déchiffrer leurs fonctionnements structurels et mécanistes, en partie parce que ces récepteurs ne se sont pas prêtés aux techniques d'imagerie moléculaires couramment procurables. Compliquant la question, il ne semble y avoir aucune rime ou raison aux préférences des récepteurs ; un récepteur individuel d'odeur peut répondre aux composés qui sont structurellement et chimiquement différents.

« Pour former une compréhension fondamentale de la reconnaissance odorante que nous devons savoir un récepteur unique peut identifier différents produits chimiques de multiple, qui est une fonctionnalité clé de la façon dont le système olfactif fonctionne et a été un mystère, » dit Josefina del Mármol, un postdoc dans le laboratoire du Ruta.

Ainsi Ruta et del Mármol, avec le Mackenzie Yedlin, une aide à la recherche dans le laboratoire, présenté pour résoudre la structure d'un récepteur d'odeur tirant profit des progrès récents dans la microscopie de cryo-électron. Cette technique, qui concerne rayonner des électrons à un spécimen gelé, peut indiquer les éléments moléculaires extrêmement petits dans 3D, vers le bas à leurs différents atomes.

L'équipe tournée au bristletail sautant, un insecte de prise de masse-logement dont le génome a été récent ordonnancé et a seulement cinq genres de récepteurs olfactifs. Bien que le système olfactif de bristletail sautant soit simple, ses récepteurs appartiennent à une famille nombreuse des récepteurs avec des dizaines de millions de pensée de variantes pour exister dans les centaines de milliers d'espèces différentes d'insecte. En dépit de leur diversité, fonctionnement de ces récepteurs la même voie : Ils forment une glissière d'ion ; un pore par lequel les particules chargées passent ; cela s'ouvre seulement quand le récepteur rencontre son odorant d'objectif, éventuel activant les cellules sensorielles qui commencent l'odorat.

Les chercheurs ont choisi OR5, un récepteur du bristletail sautant avec la capacité grande de reconnaissance, répondant à 60 pour cent de petites molécules qu'ils ont vérifiées.

Ils ont alors examiné seule la structure d'OR5 et bondissent également à un produit chimique, eugénol, une molécule courante d'odeur, ou DEET, l'insectifuge. « Nous avons appris beaucoup de comparer ces trois structures, » le Ruta indique. « Une des belles choses que vous pouvez voir est celle dans la structure non liée le pore est fermé, mais dans la structure où il a lié avec de l'eugénol ou le DEET, le pore a dilaté et fournit une voie pour des ions au flux. »

Avec les structures à disposition, l'équipe a examiné plus près de voient exact où et comment les deux molécules chimiquement différentes grippent au récepteur. Il y a eu deux idées au sujet des interactions des récepteurs d'odeur avec des molécules. On est que les récepteurs ont évolué pour discerner de grands navires de type SWATH des molécules la réponse à un partiel mais en définissant la caractéristique d'une molécule, telle qu'une partie de sa forme. D'autres chercheurs ont proposé que chaque récepteur bourre les poches multiples sur sa surface immédiatement, lui permettant de faciliter un certain nombre de différentes molécules.

Mais quel Ruta a trouvé l'ajustement ni l'un ni l'autre de ces scénarios. Il s'est avéré que DEET et eugénol grippent au même emplacement et s'adaptent entièrement à l'intérieur d'une poche simple dans le récepteur. Et étonnant, les acides aminés rayant la poche n'ont pas formé les liaisons chimiques intenses et sélectrices avec les odorants, mais seulement les faibles obligations. Considérant que dans la plupart des autres systèmes, les récepteurs et leurs molécules-cible sont de bonnes correspondances chimiques, ici ils ont semblé plutôt des connaissances amicales. « Ces genres d'interactions chimiques non spécifiques permettent à différents odorants d'être identifiés, » le Ruta indique. « De cette façon, le récepteur n'est pas sélecteur à une caractéristique chimique spécifique. En revanche, il identifie la nature chimique plus générale de l'odorant, le » Ruta indique.

Et car la modélisation numérique indiquée, la même poche pourrait faciliter beaucoup d'autres molécules d'odeur de la même manière.

Mais la promiscuité du récepteur ne signifie pas qu'elle n'a aucune spécificité, le Ruta indique. Bien que chaque récepteur réponde à un grand nombre de molécules, il est peu sensible à d'autres. D'ailleurs, une mutation simple dans les acides aminés de l'accepteur modifierait grand le récepteur, changeant les molécules avec lesquelles il préfère gripper. Ce ce dernier trouvant également aide à expliquer comment les insectes ont pu évoluer beaucoup de millions de variétés de récepteur d'odeur adaptées à la large gamme de modes de vie et d'habitats qu'ils rencontrent.

Les découvertes sont préposé du service susceptible de beaucoup de récepteurs olfactifs, le Ruta indique. « Ils indiquent les principes principaux en la reconnaissance odorante, non seulement dans des récepteurs des insectes mais également dans des récepteurs dans nos propres nez qui doivent également trouver et distinguent le monde chimique riche. »

Source:
Journal reference:

del Mármol, J., et al. (2021) The structural basis of odorant recognition in insect olfactory receptors. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03794-8.