Nobel 2004 w dziedzinie fizjologii i medycyny

Nobel 2004 w dziedzinie fizjologii i medycyny

lekarzonkolog.pl
Nobel 2004 w dziedzinie fizjologii i medycyny
W roku 2004 Komitet Noblowski uhonorował Lindę B. Buck (Fred Hutchinson Cancer
Research Center Seattle, WA, USA) oraz Richarda Axela (Columbia University
New York, NY, USA) Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.
W roku 2004 Komitet Noblowski uhonorował Lindę B. Buck (Fred Hutchinson Cancer Research
Center Seattle, WA, USA) oraz Richarda Axela (Columbia University
New York, NY, USA) Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Wyróżnione zostało
odkrycie receptorów węchowych (ang. olfactory receptors) oraz wkład badaczy w wyjaśnienie
funkcjonowania zmysłu węchu. Ten zmysł chemiczny jest dla wielu zwierząt jednym z głównych
źródeł informacji o otaczającym świecie. Również człowiek posiada dobrze rozwiniętą zdolność
recepcji zapachów (szacuje się, że człowiek potrafi zidentyfikować nawet ponad 100.000 różnych
związków chemicznych), ograniczaną przede wszystkim przez naszą dwunożność: największa
liczba zapachów kumuluje się 10-20 cm nad powierzchnią gruntu. Węch jest zmysłem niezwykle
wrażliwym - umożliwia detekcję substancji występujących w bardzo niskim stężeniu.
Charakteryzuje się także specyficzną właściwością zróżnicowanej recepcji cząsteczek o bardzo
podobnej strukturze: różniących się obecnością pojedynczego atomu węgla, a nawet par
enancjomerów (mających identyczny skład atomowy) (Firestein, 2005).
Właściwości zmysłu węchu są bezpośrednią konsekwencją cech receptorów węchowych.
Szczegółowe badania, mające na celu scharakteryzowanie tych chemoreceptorów, stały się
możliwe dzięki zidentyfikowaniu w roku 1991 rodziny genów (ang. multigene family) kodujących
szczurze receptory węchowe (Buck & Axel, 1991). Mając dostęp do niemal kompletnej informacji
zawartej w ludzkim genomie, zidentyfikowano 636 genów kodujących receptory węchowe, z czego
339 wydaje się być w pełni funkcjonalne. Geny te zajmują 51 różnych loci, rozproszonych we
wszystkich chromosomach za wyjątkiem 8, 20 oraz Y. Przyjmując za kryterium identyczność
sekwencji aminokwasowej, podzielono rodzinę ludzkich receptorów węchowych na 172 podrodziny.
Większość białek stanowiących dane podrodziny kodowanych jest przez geny znajdujące się w
pojedynczym locus chromosomowym. Duża liczba podrodzin oraz fakt, że ponad połowa podrodzin
zawiera tylko jeden gen uzmysławiają, jak duże jest zróżnicowanie aminokwasowej sekwencji
receptorów węchowych (Ryc. E ze Genetyka. Ilustrowany Przewodnik, str. 287). Należy się
spodziewać, że to m.in. jego funkcją jest zdolność recepcji tak wielu, jakże zróżnicowanych
cząsteczek chemicznych (Malnic i wsp, 2004).
Receptory węchowe należą do nadrodziny receptorów metabotropowych - współpracujących z
białkami G (ang. 7 transmembrane domain, G-protein-coupled receptor) (Buck, 2000) (Ryc. C ze
Genetyka. Ilustrowany Przewodnik, str. 287). Znajdują się one w błonie komórek węchowych
(komórki o charakterze neuronów) - współtworzących nabłonek węchowy jamy nosowej (Ryc. A ze
Genetyka. Ilustrowany Przewodnik, str. 287). Informacja sensoryczna, będąca wynikiem związania
się ligandu z receptorem, przekazywana jest do opuszek węchowych (ang. olfactory bulb), skąd
następnie trafia do kory węchowej mózgu (ang. olfactory cortex). Świadoma percepcja zapachów
związana jest z aktywacją wyższych ośrodków korowych, zaś towarzyszący często wrażeniom
zapachowym składnik afektywny oraz motywacyjny, wynika z zaangażowania struktur układu
limbicznego (Buck, 2004).
Nabłonek węchowy podzielony jest na strefy, w obrębie których komórki eksprymujące dany typ
receptora rozmieszczone są w sposób losowy, zaś układy receptorów eksprymowanych w danej
© 2000-2017 Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone.
str. 1/3
lekarzonkolog.pl
strefie nie zachodzą na siebie (Ressler i wsp., 1993). Ekspresja genów kodujących receptory
węchowe ma charakter monogenowy (jedna komórka węchowa-jeden typ receptora) oraz
monoalleliczny (tylko jeden z alleli kodujących dany typ receptora ulega ekspresji w pojedynczej
komórce węchowej) (Mombaerts, 2004). Recepcja określonego zapachu polega na pobudzeniu
aktywności komórek węchowych w ich specyficznych kombinacjach. Określoną kombinację (układ)
tworzy zdefiniowany zbiór komórek węchowych, z których każda eksprymuje tylko jeden, odrębny
typ receptora węchowego. Określony związek chemiczny może być związany przez więcej, niż
jeden receptor oraz dany receptor wiąże więcej, niż jeden ligand. Te zachodzące na siebie zbiory
mogą tworzyć, w zasadzie nieskończoną, ilość kombinacji. Przekłada się to z kolei na ogromną
liczbę zapachów, które potencjalnie mogą ulegać wykrywaniu (Firestein, 2005). Komórki węchowe
projektują aksony do opuszki węchowej. W regionach oddziaływań z komórkami opuszki powstają
tzw. kłębuszki węchowe (ang. glomerulus). Wydaje się, że każdy kłębuszek ,,zbiera" informację
czuciową z receptorów węchowych określonego typu (tzw. osmatyczna organizacja opuszki
węchowej). W ten sposób dochodzi do swego rodzaju segregacji pobudzeń, mających swe źródło
w komórkach węchowych eksprymujących receptor określonego typu. ,,Kodowanie" zapachu
zostaje więc przeniesione z poziomu kombinacji receptorów węchowych, na poziom specyficznego
układu kłębuszków węchowych. Prawdopodobnie kodowanie zapachów w obszarach korowych ma
inny charakter. Informacja sensoryczna, której źródłem są receptory węchowe danego typu, trafia
ostatecznie do luźnych skupisk neuronów, w kilku odrębnych obszarach kory mózgowej. Tak więc,
informacja zapachowa jest przestrzennie porządkowana w obrębie opuszki węchowej (kłębuszki
węchowe), zaś uporządkowanie to nie dotyczy już obszarów korowych. Ponadto, o ile aktywność
neuronów nabłonka węchowego oraz opuszki węchowej związana jest z określonym typem
receptora, to dany neuron korowy otrzymuje stymulację będącą funkcją pobudzenia receptorów
więcej, niż jednego typu (Buck, 2004).
© 2000-2017 Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone.
str. 2/3
lekarzonkolog.pl
Piśmiennictwo:
1. Buck LB (2000) The molecular architecture of odor and pheromone sensing in mammals. Cell,
100:611-618.
2. Buck LB (2004) Olfactory receptors and odor coding in mammals. Nutr Rev, 62:S184-S188.
3. Buck L & Axel R (1991) A novel multigene familiy may encode odorant receptors: A molecular
basis for odor recognition. Cell, 65:175-187.
4. Firestein S (2005) A Nobel nose: The 2004 Nobel Prize in Physiology and Medicine. Neuron,
45:333-338.
5. Malnic B, Godfrey PA, Buck LB (2004) The human olfactory receptor gene family. Proc Natl
Acad Sci USA, 101:2584-2589.
6. Mombaerts P (2004) Genes and ligands for odorant, vomeronasal and taste receptors. Nat Rev
Neurosci, 5:263-278.
7. Ressler KJ, Sullivan SL, Buck LB (1993) A zonal organization of odorant receptor gene
expression in the olfactory epithelium. Cell, 73:597-609.
8. Sadowski B (2003) Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt, Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa
© 2000-2017 Activeweb Medical Solutions. Wszelkie prawa zastrzeżone.
str. 3/3