Il naso dei mammiferi è un’opera d’arte evolutiva. I suoi milioni di cellule nervose, ciascuna dotata di uno solo delle migliaia di specifici recettori chimici olfattivi codificati nel genoma, possono distinguere collettivamente un trilione di profumi distinti. Quelle sensazioni, a loro volta, informano molti comportamenti, dalla valutazione delle opzioni alimentari al discernimento degli amici dai nemici fino all’accensione dei ricordi.
Oggi, sul diario Naturaun gruppo di ricerca guidato da scienziati dello Zuckerman Institute della Columbia descrive un meccanismo precedentemente non rilevato nei topi – che ha come protagonista la molecola genetica RNA – che potrebbe spiegare come ogni cellula sensoriale, o neurone, nel naso dei mammiferi si adatta per rilevare un odore chimico specifico.
Ad esempio, ci sono neuroni sensoriali nel nostro naso che portano recettori sintonizzati unicamente per rilevare l’etil vanillina, l’odore principale della vaniglia, e altre cellule con recettori per il limonene, l’odore caratteristico del limone.
“Il modo in cui le cellule sensoriali del naso scelgono i recettori è stato uno dei misteri più fastidiosi sull’olfatto”, ha affermato Stavros Lomvardas, PhD, professore di Biochimica e Biofisica Molecolare e Professore di Neuroscienze Herbert e Florence Irving. presso lo Zuckerman Institute della Columbia e il Vagelos College of Physicians and Surgeons, e autore corrispondente dell’articolo. “Ora, la storia dietro il nostro senso dell’olfatto, o olfatto, sta diventando più chiara e anche più drammatica.”
Il dramma di raffinamento dei sensi a cui si riferisce si svolge interamente entro i minuscoli confini del nucleo di ciascun neurone olfattivo, dove risiedono i cromosomi e i geni della cellula. Lì, in una competizione in stile Squid Games, dove il vincitore prende tutto, la miriade di geni dei recettori olfattivi di una cellula in via di sviluppo competono tra loro in un processo che li vaglia, per fasi, prima a una manciata di finalisti e poi a un unico vincitore. Il gene prevalente è quello che determina la sensibilità olfattiva della cellula. Nel loro studio, il dottor Lomvardas e il suo team scoprono i dettagli della fase finale di questo processo, quando dai geni finalisti emerge il vincitore.
“È fondamentalmente una battaglia tra 1000 contendenti”, ha detto Ariel Pourmorady, il primo autore dell’articolo e un MD-Ph.D. candidato allo Zuckerman Institute nel laboratorio Lomvardas.
L’azione è estremamente complessa e coinvolge un cast vertiginoso di personaggi molecolari. A svolgere un ruolo che aumenta o diminuisce la capacità di ciascun gene di produrre recettori olfattivi sono una varietà di molecole che regolano i geni. Riunendosi in varie alleanze all’interno del genoma, questi attori molecolari aiutano ad attivare o disattivare geni specifici.
Nella mischia c’è anche un’altra serie di hub molecolari che rimodellano porzioni del genoma in modo da favorire specifici geni recettori. Quando il suo team li osservò per la prima volta nel genoma nel 2014, il dottor Lomvardas li soprannominò “Isole greche” perché gli ricordavano le isole del Mar Egeo.
“Si scopre che il genoma ha una certa organizzazione spaziale nel nucleo e i cambiamenti in questa struttura sono fondamentali quando si tratta di quali geni vengono espressi in proteine, come i recettori olfattivi”, ha detto Pourmorady. “Stiamo imparando quanto sia importante questo processo nella maturazione delle cellule olfattive”.
Nel loro nuovo Natura Nell’articolo, i ricercatori hanno raccolto una serie di dati provenienti da studi sui topi che indicano l’RNA come la molecola centrale nel meccanismo di scelta dei geni del sistema olfattivo. L’RNA è conosciuto soprattutto come la molecola intermedia che traduce il codice genetico incorporato nel DNA in molecole proteiche con compiti cellulari specifici, come il rilevamento degli odori. Tuttavia, utilizzando sofisticate tecniche per analizzare i cambiamenti nella struttura del genoma man mano che le cellule maturano, i ricercatori affermano che le loro prove indicano un secondo ruolo fondamentale per l’RNA.
“Sembra che l’RNA prodotto dalla cellula durante l’espressione genetica stia alterando anche l’architettura del genoma in modo da rafforzare l’espressione di un gene del recettore olfattivo e allo stesso tempo disattivare tutti gli altri”, ha detto Pourmorady.
Rimangono grandi lacune in questa storia del controllo del genoma, ma i ricercatori ne delineano le linee generali
sta diventando più definito. Si inizia con la maturazione delle cellule olfattive, che inizialmente esprimono molti geni recettoriali in quegli hub genomici dove convergono molecole e complessi che regolano i geni, comprese le isole greche.
Quindi l’RNA vaglia i geni contendenti del recettore olfattivo fino a ridurli a uno. Il particolare hub in ogni cellula dove le stelle molecolari si allineano per produrre la massima quantità di RNA vince la competizione. In questo hub, l’espressione del gene del recettore aumenta vertiginosamente. Ma, come un astuto sabotatore, l’RNA proveniente dallo stesso hub può farsi strada verso tutti gli altri hub. In quelle posizioni, l’RNA provoca cambiamenti di forma nel genoma che interrompono l’espressione genica. Il risultato è un naso di neuroni olfattivi maturi, ciascuno dei quali porta sulla sua superficie un solo recettore olfattivo.
“Stiamo raggiungendo il limite della fantascienza per quanto riguarda i dettagli molecolari e genomici che ora possiamo osservare all’interno del nucleo di una singola cellula”, ha affermato il dottor Lomvardas. “Dobbiamo continuare a tornare indietro per capire il resto di questo puzzle olfattivo.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
