1조개의 향기, 코는 하나

포유류의 코는 진화 예술의 작품입니다. 수백만 개의 신경 세포는 각각 게놈에 암호화된 수천 개의 특정 냄새 화학 수용체 중 하나만으로 맞춤화되어 집합적으로 1조 개의 서로 다른 냄새를 구별할 수 있습니다. 이러한 감각은 음식 옵션을 평가하는 것부터 적과 친구를 분별하는 것, 추억을 떠올리는 것까지 다양한 행동에 영향을 미칩니다.

오늘은 일지에서 자연컬럼비아 주커만 연구소(Columbia’s Zuckerman Institute)의 과학자들이 이끄는 연구팀은 이전에 발견되지 않았던 생쥐의 메커니즘(유전 분자 RNA를 주연으로 함)을 설명합니다. 이는 포유류 코의 각 감각 세포 또는 뉴런이 어떻게 특정 냄새 화학 물질을 감지하도록 맞춤화되는지 설명할 수 있습니다.

예를 들어, 우리 코에는 바닐라의 주요 냄새 물질인 에틸 바닐린을 감지하도록 독특하게 조정된 수용체를 갖고 있는 감각 뉴런과 레몬의 대표적인 냄새 물질인 리모넨에 대한 수용체를 가진 다른 세포가 있습니다.

Roy and Diana Vagelos 교수이자 생화학 및 분자 생물물리학 의장이자 신경과학 분야의 Herbert 및 Florence Irving 교수인 Stavros Lomvardas 박사는 “코의 감각 세포가 수용체를 선택하는 방식은 후각에 관한 가장 까다로운 미스터리 중 하나였습니다.”라고 말했습니다. 컬럼비아의 Zuckerman Institute와 Vagelos 내과의사 및 외과의 대학의 연구원이자 해당 논문의 교신저자입니다. “이제 우리의 후각, 즉 후각 뒤에 숨은 이야기는 더욱 명확해지고 더욱 극적으로 변하고 있습니다.”

그가 언급하고 있는 감각을 정제하는 드라마는 세포의 염색체와 유전자가 있는 각 후각 뉴런의 핵이라는 아주 작은 영역 내에서 완전히 펼쳐집니다. 오징어 게임 스타일의 승자가 모든 것을 차지하는 경쟁에서는 발달 중인 세포의 수많은 후각 수용체 유전자가 단계적으로 처음에는 소수의 최종 후보로, 그 다음에는 단일 승자가 되는 과정에서 서로 경쟁합니다. 우세한 유전자는 세포의 냄새 민감도를 결정하는 유전자입니다. 연구에서 Lomvardas 박사와 그의 팀은 최종 유전자에서 승자가 나올 때 이 과정의 마지막 단계에 대한 세부 사항을 밝혀냈습니다.

논문의 첫 번째 저자이자 MD-Ph.D인 Ariel Pourmorady는 “이것은 기본적으로 1000명의 경쟁자 간의 전투입니다.”라고 말했습니다. Lomvardas 연구실에 있는 Zuckerman Institute의 후보자입니다.

액션은 매우 복잡하며 현기증 나는 분자 캐릭터를 포함합니다. 후각 수용체를 생성하는 각 유전자의 능력을 높이거나 낮추는 역할을 하는 것은 다양한 유전자 조절 분자입니다. 게놈 내에서 다양한 동맹을 맺음으로써 이러한 분자 플레이어는 특정 유전자를 켜거나 끄는 데 도움을 줍니다.

또한 특정 수용체 ​​유전자를 선호하는 방식으로 게놈의 일부를 재구성하는 또 다른 분자 허브 세트도 있습니다. 그의 팀이 2014년 게놈에서 이것을 처음 관찰했을 때 Lomvardas 박사는 이 섬이 에게해에 있는 섬을 연상시키기 때문에 “그리스 섬”이라고 불렀습니다.

Pourmorady는 “게놈은 핵에 특정한 공간적 조직을 가지고 있으며, 이 구조의 변화는 유전자가 후각 수용체와 같은 단백질로 발현되는 데 중추적인 역할을 한다는 것이 밝혀졌습니다.”라고 말했습니다. “우리는 이 과정이 성숙하는 후각 세포 내에서 얼마나 중요한지 배우고 있습니다.”

그들의 새로운 자연 논문에서, 연구자들은 후각 시스템의 유전자 선택 메커니즘에서 핵심 핀 분자로서 RNA를 가리키는 마우스 연구의 수많은 데이터를 소환했습니다. RNA는 DNA에 포함된 유전자 코드를 냄새 감지와 같은 특정 세포 작업을 수행하는 단백질 분자로 변환하는 중개 분자로 가장 잘 알려져 있습니다. 그러나 연구자들은 세포가 성숙함에 따라 게놈 구조의 변화를 분석하기 위한 정교한 기술을 사용하여 그들의 증거가 RNA의 중추적인 두 번째 역할을 지적한다고 말합니다.

“유전자 발현 중에 세포가 만드는 RNA는 하나의 후각 수용체 유전자의 발현을 강화하는 동시에 다른 모든 유전자를 차단하는 방식으로 게놈의 구조를 변경하는 것처럼 보입니다.”라고 Pourmorady는 말했습니다.

이 게놈 제어 이야기에는 큰 격차가 남아 있지만 연구자들은 개요를 말합니다.

더욱 정의되고 있습니다. 이는 그리스 섬을 포함한 유전자 조절 분자와 복합체가 수렴하는 게놈 허브에서 초기에 많은 수용체 유전자를 발현하는 후각 세포의 성숙으로 시작됩니다.

그런 다음 RNA는 경쟁하는 후각 수용체 유전자를 1로 줄입니다. 가장 많은 양의 RNA를 생산하기 위해 분자 별이 정렬되는 각 세포의 특정 허브가 경쟁에서 승리합니다. 이 허브에서 수용체 유전자 발현이 급증합니다. 그러나 교활한 방해 공작원처럼 동일한 허브의 RNA가 다른 모든 허브로 전달될 수 있습니다. 이러한 위치에서 RNA는 유전자 발현을 차단하는 게놈의 모양 변화를 일으킵니다. 그 결과, 코 한 덩이의 성숙한 후각 뉴런이 형성되며, 각 뉴런은 표면에 단 하나의 후각 수용체만을 갖고 있습니다.

Lomvardas 박사는 “단일 세포의 핵 내부를 관찰할 수 있는 분자 및 게놈 세부 사항에 관한 한 우리는 공상 과학 소설의 한계에 도달하고 있습니다.”라고 말했습니다. “우리는 이 후각 퍼즐의 나머지 부분을 알아내기 위해 계속해서 되돌아가야 합니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/12/231221012741.htm