Johns Hopkins Wissenschaftler haben entdeckt neue Details, wie stinkende Dinge schaffen Signale in der Nase, die schließlich gehen an das Gehirn. Die Ergebnisse werfen Fragen dazu, wie der Prozess einbezogen wurde seit vielen Jahren in der Biologie Lehrbücher.
Die Lehrbücher sagen, dass unser Geruchssinn wandelt Gerüche in Gehirn Signale genau wie es unsere Vision wandelt Licht in Gehirn Signale. Aber die neue Arbeit zeigt, dass zwar ein wichtiger Weg ist Proteinen, die in beiden, es verhält sich ganz anders in der Nase, als sie nicht in die Augen. Die Forscher "Ergebnisse sind veröffentlicht in der 24. Juni Ausgabe von Science.
"Die meisten der Informationen zu diesem Weg kommt aus Studien der Vision, und die Menschen nur davon ausgegangen, es funktionierte wie an anderer Stelle im Körper", sagt King-Wai Yau, Ph.D., Professor für Neurowissenschaften in Johns Hopkins' Institut für Grundlagenforschung Biomedizinischen Wissenschaften. "Aber anstatt ein Modell für andere Systeme im Körper, unsere visuelle System ist wohl ziemlich einzigartig."
Es geht um das Verhalten einer großen Familie von Proteinen genannte G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Bei der Aktivierung durch Licht in das Auge oder ein Molekül in andere Einstellungen, jeder G-Protein-gekoppelten Rezeptor verwendet eine ähnliche Schalter - den Austausch von ein klein wenig genannt GTP für ein Bit im Zusammenhang genannte BIP für die treffend benannt G-Protein -- , um die Zell-Antwort.
Seit etwa 1980, Wissenschaftler studieren Vision haben verstanden, dass Licht aktiviert eine bestimmte G-Protein-gekoppelten Rezeptor (Licht-Erkennung Molekül Rhodopsin) in den Zellen genannt Stäbe, finden sich auf der Rückseite des Auges. Sie wissen auch, dass, einmal aktiviert durch Licht, diesem speziellen Rezeptor aktiviert bleibt lang genug, um die GTP-zu-BIP-Schalter über eine große Anzahl von G-Protein-Moleküle, wesentlich verstärken das eingehende Signal.
"Aufgrund dieser Verstärkung, Stäbe sind extrem empfindlich auf Licht", sagt Yau. "Jede Zelle ist in der Lage, Signaltechnik die Aufnahme von einer einzigen Einheit, oder Photonen, von Licht."
Da G-Protein-Signal ist so gut verstanden, in die Augen, Yau, sagt nur, dass die Wissenschaftler davon ausgegangen, dass es zu verstärken Signale in andere Systeme und Zellen, wo es ist wichtig. Tatsächlich, einige Wissenschaftler haben behauptet, dass G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, die bei der Aufdeckung von Gerüchen haben ähnliche Verstärkung Fähigkeiten und dass, wie hat zur Folge, dass ein einziges Molekül Stinky würde ein Signal in Geruch-Nachweis Zellen so groß wie eine Einheit von Licht funktioniert in Stangen.
Das Problem ist, dass der Abschluss erwies sich als falsch. "Wir haben festgestellt, dass die meisten der Zeit, ein einziges Molekül nicht eine Reaktion auslösen. Und selbst wenn es bedeutet, die Antwort, die wir gemessen ist etwa 100 mal niedriger als die für Stangen", sagt Vikas Bhandawat-, Blei-Autor der Studie und eine Doktorand in Neurowissenschaften an der Johns Hopkins.
In seinen Experimenten, Bhandawat verwendet ein System entwickelt, durch Co-Autor Johannes Reisert, Ph.D., dass für präzise Messung und Kontrolle der Höhe der Desodorierende Moleküle zur Stimulation einer einzigen Geruch-Erkennung Nervenzelle von einem Frosch, und präzise, Langzeit-Messreihen der Zelle die Reaktion auf die Gerüche.
"Wenn Sie nicht genau wissen, wie viel der Geruch verwendet wird, oder genau, wie lange die Exposition dauert, dann können Sie nicht herausfinden, was ein einzelnes Molekül Odoriermittel funktioniert", sagt Bhandawat. "Johannes"-System ermöglicht es uns, genau das zu tun. "
Das Team Feststellung unterstreicht die wesentliche Unterschied zwischen dem Auge des Licht-Erkennung und die Nase der Geruch-Erkennung System: der Natur von Licht und Moleküle.
"Wenn Licht Treffern ein Stab und wird absorbiert, es ist eine einmalige Veranstaltung - das Licht verschwindet für immer", sagt Yau. "In der Nase, ein Geruch Molekül, das inhaliert wahrscheinlich Aufenthalte in den Nasen-Schleim lange genug, um zu binden und lösen eine Reihe von Rezeptoren, die im Wesentlichen die Verbesserung seiner eigenen Signal."
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind an Tausenden von biologischen Prozessen, die Schaffung von geeigneten organisatorischen Hinweise während der Entwicklung bis zur Übermittlung von Signalen von Hormonen und anderen Molekülen in vollem Umfang gewachsen Erwachsene, und sind in Kreaturen aus der Amöbe zu Pflanzen und Tieren.
"Wir sind der Meinung, die Art der Rezeptor-Verhalten in Geruch Erkennung ist mehr die Norm für die chemische-ausgelöst G-Protein-Wege, die sind bei weitem die am häufigsten G-Protein-Signalwege, als ist das, was passiert, in die Augen", sagt Yau. "Der Geruchssinn ist zu empfindlich, aber Verstärkung ist nicht der einzige Weg zur Verbesserung der Empfindlichkeit."
Zum Beispiel, die Zellen haben könnte viele Kopien der Rezeptor, oder viele Zellen ausdrücken könnte die gleiche Rezeptor. Diese sind wahrscheinlich die Gründe, warum Mäuse und Hunde haben ein erhöhtes Geruchssinn im Vergleich zu Menschen, sagt Yau.
Autoren des Papiers sind Bhandawat, Reisert und Yau, die alle Hopkins. Die Forschung wurde finanziert durch das National Institute on Deafness and Other Communication Disorders, das Human Frontier Science Program und das Howard Hughes Medical Institute.
Auf der Internetseite:
http://www.sciencemag.org
Johns Hopkins Medical Institutions
http://www.hopkinsmedicine.org