Σύνοψη
- Ερευνητές του Harvard Medical School ολοκλήρωσαν τον πρώτο λεπτομερή χάρτη των οσφρητικών υποδοχέων, ανατρέποντας την πεποίθηση πως η κατανομή τους είναι τυχαία.
- Μέσω ανάλυσης 5,5 εκατομμυρίων νευρώνων σε περισσότερα από 300 ποντίκια, αποδείχθηκε ότι οι υποδοχείς οργανώνονται σε ακριβείς οριζόντιες λωρίδες.
- Ο εντοπισμός του ρετινοϊκού οξέος ως βασικού ρυθμιστή της γονιδιακής έκφρασης εξηγεί τον τρόπο με τον οποίο το σύστημα δομείται χωρικά.
- Η έρευνα προσφέρει την απαραίτητη βάση για την ανάπτυξη μελλοντικών θεραπειών, όπως τα βλαστοκύτταρα, για την αντιμετώπιση της ανοσμίας.
Η ανθρώπινη φυσιολογία διαθέτει εξαιρετικά χαρτογραφημένα συστήματα για την ακοή, την όραση και την αφή, ωστόσο, η όσφρηση παρέμενε το μεγάλο κενό της νευροβιολογίας. Ερευνητές από το Harvard Medical School κατόρθωσαν να δημιουργήσουν τον πρώτο λεπτομερή χάρτη της οργάνωσης των οσφρητικών υποδοχέων, προσφέροντας απαντήσεις σε βιολογικά ερωτήματα 35 ετών.
Η συγκεκριμένη ερευνητική εργασία αποδεικνύει ότι η όσφρηση δεν αποτελεί ένα άναρχο σύστημα συλλογής δεδομένων, αλλά ακολουθεί μια εξαιρετικά δομημένη χωρική αρχιτεκτονική.
Τι αποκάλυψε η χαρτογράφηση των νευρώνων
Το κύριο ερώτημα αφορούσε τον τρόπο με τον οποίο τα δεδομένα από το περιβάλλον κωδικοποιούνται και μεταφέρονται στον εγκέφαλο. Αντίθετα με τις παλαιότερες θεωρίες που υποστήριζαν ότι οι οσφρητικοί υποδοχείς κατανέμονται τυχαία στον ρινικό ιστό, η νέα μελέτη έδειξε πως οι νευρώνες που φέρουν αυτούς τους υποδοχείς παρουσιάζουν υψηλό βαθμό χωρικής οργάνωσης.
Σχηματίζουν οριζόντιες, επικαλυπτόμενες λωρίδες που εκτείνονται από το άνω έως το κάτω τμήμα της ρινικής κοιλότητας. Κάθε λωρίδα αντιστοιχεί σε συγκεκριμένους τύπους υποδοχέων, με την ακριβή τους θέση να καθορίζει το πώς αναγνωρίζονται και φιλτράρονται τα μόρια των οσμών πριν το σήμα μεταφερθεί στον οσφρητικό βολβό του εγκεφάλου.
Η δυσκολία της χαρτογράφησης έγκειται στην ίδια την πολυπλοκότητα του οσφρητικού συστήματος. Για σύγκριση, η όραση του ανθρώπου βασίζεται κυρίως σε τρεις τύπους υποδοχέων χρώματος. Το οσφρητικό σύστημα των ποντικιών, τα οποία αποτέλεσαν το μοντέλο της μελέτης, διαθέτει περίπου 20 εκατομμύρια οσφρητικούς νευρώνες που εκφράζουν περισσότερους από 1.000 διαφορετικούς τύπους υποδοχέων.
Για να ξεπεράσει αυτούς τους περιορισμούς, η ομάδα του Harvard χρησιμοποίησε έναν συνδυασμό αλληλούχισης RNA μονοκυτταρικού επιπέδου (single-cell sequencing) και τεχνικών χωρικής μεταγραφωματικής. Οι ερευνητές εξέτασαν τον τεράστιο όγκο των 5,5 εκατομμυρίων νευρώνων από περισσότερα από 300 ποντίκια. Η πρώτη τεχνική επέτρεψε την αναγνώριση των γονιδίων που εκφράζονται σε κάθε μεμονωμένο νευρώνα, ενώ η δεύτερη προσδιόρισε την ακριβή γεωμετρική τους θέση μέσα στον ιστό. Ο συνδυασμός των δεδομένων απέδωσε αυτόν τον άνευ προηγουμένου χάρτη, ο οποίος χαρακτηρίζεται πλέον ως ο πιο εκτενώς αλληλουχημένος νευρικός ιστός στην ιστορία της βιολογίας.
Ο ρόλος του ρετινοϊκού οξέος
Η ανακάλυψη της χωρικής κατανομής γέννησε άμεσα την ανάγκη κατανόησης του μηχανισμού που επιβάλλει αυτή την τάξη κατά την ανάπτυξη του οργανισμού. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το κλειδί βρίσκεται στο ρετινοϊκό οξύ, ένα παράγωγο της βιταμίνης Α, το οποίο λειτουργεί ως μόριο σηματοδότησης ρυθμίζοντας τη γονιδιακή δραστηριότητα.
Μέσα στη ρινική κοιλότητα υπάρχει μια διαβάθμιση συγκέντρωσης του ρετινοϊκού οξέος. Ανάλογα με το σημείο όπου βρίσκεται ένας αναπτυσσόμενος νευρώνας και την ποσότητα του ρετινοϊκού οξέος στην οποία εκτίθεται, καθοδηγείται να εκφράσει τον κατάλληλο τύπο υποδοχέα. Όταν οι ερευνητές χορήγησαν ουσίες που μετέβαλαν τα επίπεδα αυτού του οξέος, παρατήρησαν πως ολόκληρος ο χάρτης των υποδοχέων μετατοπιζόταν ανάλογα, επιβεβαιώνοντας έτσι την αιτιώδη σχέση μεταξύ του μορίου και της χωρικής οργάνωσης.
Κλινικές προεκτάσεις και αντιμετώπιση της ανοσμίας
Η δημιουργία αυτού του χάρτη έχει άμεση πρακτική και κλινική αξία. Η απώλεια της όσφρησης (ανοσμία), είτε προκύπτει λόγω ιογενών λοιμώξεων, νευροεκφυλιστικών παθήσεων ή τραυματισμών, συνδέεται άμεσα με τη μείωση της ποιότητας ζωής, τους διατροφικούς κινδύνους και την αύξηση των ποσοστών κατάθλιψης.
Οι προσπάθειες ιατρικής αποκατάστασης μέχρι σήμερα εμποδίζονταν από την άγνοια των βασικών μηχανισμών οργάνωσης των νευρώνων. Κατανοώντας το πώς κατανέμονται οι υποδοχείς και πώς συνδέονται με τον εγκέφαλο, η επιστημονική κοινότητα αποκτά τον θεμέλιο λίθο για την ανάπτυξη στοχευμένων θεραπειών. Οι ερευνητές εστιάζουν ήδη στη σύγκριση των δεδομένων με δείγματα ανθρώπινου ιστού, με στόχο την εφαρμογή τεχνικών αναγεννητικής ιατρικής. Η πιθανότητα χρήσης βλαστοκυττάρων για την επαναδημιουργία του οσφρητικού επιθηλίου ή η ανάπτυξη νευρικών διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή (Brain-Computer Interfaces - BCI) που θα παρακάμπτουν τη βλάβη και θα στέλνουν άμεσα το οσφρητικό σήμα στον εγκέφαλο, μετατρέπεται πλέον από θεωρητικό ενδεχόμενο σε ερευνητικό στόχο.
*Μπορείτε πλέον να προσθέσετε το Techgear.gr ως Προτιμώμενη Πηγή ενημέρωσης για τις αναζητήσεις σας στο Google Search!
