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科学家发现某些基因的移动可以帮助鼻子理解气味
2019-01-10 15:42:58  出处:快科技 作者:文传君 编辑:文传君   点击可以复制本篇文章的标题和链接

1月9日,据外媒报道,哥伦比亚大学研究人员发表的论文表示:某些基因的移动可以帮助鼻子理解气味。

科学家发现某些基因的移动可以帮助鼻子理解气味

人类的鼻子能分辨出一万亿种不同的气味,这是一项非凡的壮举,它需要鼻子中的1000万个专门神经细胞或神经元以及一个拥有400多个专用基因的家族一起工作。

但是,这些基因和神经元如何协同工作来确定一种特定的气味,一直困扰着科学家。这在很大程度上是因为每个神经元只选择激活数百个专用基因中的一个,这看起来太简单了,但是无法解释鼻子必须解析的气味的数量。

现在,哥伦比亚大学的研究小组在老鼠身上的一项研究发现了一个惊人的现象:通过在三维空间中重新排列,基因组可以协调这些基因的调节。基因在每个神经元中,因此产生了检测我们所体验到的气味所需的生物多样性。

哥伦比亚大学Mortimer B. Zuckerman大脑行为研究所的首席研究员、该论文的资深作者Stavros Lomvardas博士说:“通过今天的研究,我们找到了一种基因组机制,通过这种机制,有限数量的基因最终能够帮助区分看似无限的气味。”

嗅觉有着是令人难以置信的复杂。我们的鼻子不仅要识别一种气味,而且要判断它有多强烈。而且还要扫描我们的记忆以确定它是否曾经遇到过,并确定它是令人愉悦的还是有毒的。

嗅觉受体神经元,专门性神经细胞从鼻子到大脑的那条蛇,让这一切成为可能。虽然每个神经元都包含了400个专用的嗅觉受体基因,这些基因中只有一个在每个神经元中都有活性。更令人困惑的是:活跃的基因似乎是随机选择的,并且不同于神经元之间的差异。

这种不寻常的模式基因活性它被称为“每个神经元一个基因”的规律,长期以来一直是诸如Lomvardas博士等科学家研究的焦点。事实上,数十年来,破解每个嗅觉感受器神经元如何只激活其中一个基因,以及这一过程如何产生如此精细的嗅觉,一直是个谜。

“在老鼠身上,嗅觉受体基因分散在大约60个不同的位置,在彼此相距很远的不同染色体上,”Lomvardas实验室的博士后研究科学家、论文的第一作者Kevin Monahan说,“老鼠大约有1000个嗅觉感受器基因,是人类的两倍多,有可能表现出更好的嗅觉。”

传统上,人们认为位于不同染色体上的基因很少相互作用。Lomvardas博士和他的团队最近使用了一种名为原位Hi-C的新基因组测序技术,揭示了染色体之间的相互作用比预期的要频繁得多。

“原位Hi-C在很大程度上是革命性的,因为它允许我们在3D中绘制一个活细胞内的整个基因组图。”AdanHorta博士说。他是Lomvardas实验室最近毕业的博士生,也是论文的第一作者。

研究人员拍摄的照片显示,嗅觉受体基因位于不同的染色体上,在选择嗅觉受体基因之前,会向每条染色体移动。在这些基因聚集在一起后不久,另一种被称为增强子的遗传元件聚集在一个单独的三维室里,增强剂本身是调节基因活动的基因。

Horta博士说:“我们之前发现了一组增强剂,命名为希腊群岛,位于各种嗅觉受体基因附近。”这项工作表明,这些促进剂创造了基因的活动,以调节“选择的”嗅觉受体基因。

研究小组还发现,Ldb 1蛋白在这一过程中起着关键作用。它将希腊群岛连接在一起,使它们能够启动一种特定的嗅觉受体基因,然后解释特定气味。

Monahan博士说:“这些基因团队赋予嗅觉系统以不同方式作出反应的能力。”“这一过程的灵活性可以帮助解释我们如何容易地学习和记住新的气味。”

虽然研究人员的发现专门针对嗅觉,但它可能对染色体间相互作用所起作用的其他生物学领域也会产生影响。

Lomvardas博士说:“染色体之间的相互作用可能是导致基因组转移的原因。”

Lomvardas博士是哥伦比亚大学Kavli脑科学研究所的成员,也是哥伦比亚大学欧文医学中心的生物学、分子生物物理学和神经科学教授。他说:“其他细胞的活动是否会受到我们所看到的三维变化的影响?这是一个我们希望探讨的公开问题。”

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