بینی چگونه بو‌ها را تشخیص میدهد؟

به گزارش مجله خبری نگار/بهار،گیرنده‌های بویایی در بینی موش با جزئیاتی بی‌سابقه نقشه‌برداری شده و درک پژوهشگران را از این که بینی چگونه حس بویایی را شکل می‌دهد، دگرگون کرده است.

به نقل از نیچر، این پژوهش که به تازگی در مجله سل منتشر شد، نشان می‌دهد که حدود ۱٬۱۰۰ گیرنده بویایی که روی نورون‌های حسی بیان می‌شوند، چگونه در مکان‌های فضایی به شدت تنظیم شده در بافت اپی‌تلیالی که حفره بینی را می‌پوشاند، سازماندهی شده‌اند. یک مطالعه دوم نیز اطلس مکملی از بیان گیرنده‌های بویایی در اپی‌تلیوم بویایی و ارتباطات عصبی آنها با پیاز بویایی در مغز ارائه می‌دهد.

یوهان لوندستروم، روان‌شناس و عصب‌پژوه تجربی در مؤسسه کارولینسکا در استکهلم، می‌گوید: به مدت ۳۰ سال، به دانشجویان آموزش داده‌ایم که اپی‌تلیوم بویایی موش به چند ناحیه گسترده تقسیم شده است که در آنها انتخاب گیرنده اساساً تصادفی است. او می‌افزاید: این یک مقاله شاخص است که یکی از مدل‌های پایه‌ای کتاب‌های درسی درباره سازماندهی بویایی را دگرگون می‌کند.

در این مطالعه، پژوهشگران حدود پنج میلیون نورون از صد‌ها موش جداگانه را بررسی کردند. آنها ابتدا از توالی‌یابی تک‌سلولی استفاده کردند تا مشخص کنند کدام گیرنده‌های بویایی توسط نورون‌های بینی بیان می‌شوند و سپس از ترنسکریپتومیک فضایی استفاده کردند تا نقشه‌ای از محل بیان ژن‌های کلیدی ترسیم کنند. این کار به آنها امکان داد محل دقیق گیرنده‌ها را مشخص کنند و نشان دهند که این گیرنده‌ها همیشه به صورت نوار‌های افقی که از بالای بینی تا پایین امتداد دارند، چیده شده‌اند.

ساندیپ رابرت داتا، عصب‌زیست‌شناس در دانشکده پزشکی هاروارد در بوستون، ماساچوست و یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: هر گیرنده یک موقعیت خاص در بینی اتخاذ می‌کند. از آن‌جا که در بینی هزار موقعیت وجود دارد، هر گیرنده اساساً در نواری بیان می‌شود که با نوار‌های دیگر گیرنده‌ها هم‌پوشانی دارد در هزار نوار هم‌پوشان.

ما چگونه بو را حس می‌کنیم؟

نخستین ساختار سه‌بعدی گیرنده بویایی انسان سرنخ‌هایی ارائه می‌دهد. داتا و همکارانش پیشنهاد می‌کنند که این نقشه‌برداری فضایی در طول رشد سازماندهی می‌شود و توسط مجموعه‌ای از ژن‌ها کنترل می‌گردد. نویسندگان دریافتند که مولکولی به نام اسید رتینوئیک نقش کلیدی در این فرایند دارد. آنها یک گرادیان از میزان این مولکول را در نقاط مختلف بینی کشف کردند. با تغییر دادن میزان بیان این مولکول، نشان دادند که این ماده به کنترل فعالیت ژن‌ها کمک می‌کند و هر نورون را هدایت می‌کند تا نوع درست گیرنده بویایی را برای موقعیت خود بیان کند.

جوئل مینلند، عصب پژوه بویایی در مرکز حواس شیمیایی مونل در فیلادلفیا، پنسیلوانیا، می‌گوید: در این حوزه بحث و جدل زیادی درباره این‌که این نقشه‌برداری چگونه انجام می‌شود، وجود داشته است و این مطالعه آنها را به نتیجه می‌رساند. به نظر من واقعا طرز فکر مردم درباره سیستم بویایی را تغییر می‌دهد و یک مشکل بزرگ در این حوزه را درباره چگونگی شکل‌گیری این نقشه حل می‌کند.

از بینی تا مغز

تیم داتا همچنین نشان داد که نقشه گیرنده‌های بینی با الگو‌های مشابهی از بیان ژن در پیاز بویایی در مغز بازتاب می‌یابد؛ همان‌طور که سازماندهی نقشه‌ها در مغز برای حس لامسه، شنوایی و بینایی با گیرنده‌های مربوط به خودشان هماهنگ است.

لوندستروم می‌گوید: این به این معناست که نقشه‌ها در بینی و مغز دو مسئله جداگانه نیستند که سیستم باید حل کند، بلکه دو خروجی از یک منطق رشدی یکسان هستند.

داتا معتقد است که این کار پیامد‌هایی برای استفاده از سلول‌های بنیادی در ترمیم حس بویایی دارد. یک فرد برای تشخیص طیف کامل بو‌ها به تمام این نوار‌ها نیاز دارد. این یعنی آن سلول‌های بنیادی باید تمام گستره فضایی بینی را اشغال کنند تا بتوانند بینی را ترمیم کنند. نمی‌توانید فقط در یک نقطه سلول بنیادی تزریق کنید و انتظار داشته باشید حس بویایی‌تان بازگردد.

اگرچه این پژوهش روی موش‌ها انجام شده است، داتا معتقد است که همین سیستم در انسان‌ها نیز وجود دارد. گروه او اکنون در حال جست‌وجوی نقشه‌های فضایی در بافت انسانی است و تلاش می‌کند بو‌های مختلف را با نوار‌های گیرنده‌ها تطبیق دهد.