Специфику обонятельного восприятия объяснил геном

Известно, что обонятельная сенсорная система превосходит другие анализаторы по количеству типов рецепторов: так, у мышей их более тысячи, при этом каждый из почти десяти миллионов обонятельных нейронов экспрессирует один из этих типов. Конкретный запах активирует специфическое для него сочетание рецепторов, что позволяет животным распознавать широкий диапазон обонятельных стимулов, включая оттенки. Однако из-за чрезвычайной сложности устройства этой сенсорной системы то, как обонятельное восприятие варьируется у разных представителей одного биологического вида, до сих пор изучено недостаточно.

Чтобы восполнить пробел, сотрудники Института Сенгера, Государственного университета Кампинаса, Медицинской школы Университета Дьюка и других учреждений провели количественный анализ каждого из 1115 подтипов обонятельных нейронов неродственных и родственных мышей. С помощью секвенирования матричной РНК (мРНК) авторы также оценили влияние на состав этих клеток средовых факторов — для моделирования уникальных фенотипических условий ученые добавляли в питьевую воду грызунов ароматизаторы: карвон (запах мяты), эвгенол (запах гвоздики), ацетофенон (запах черемухи) или гептаналь (запах апельсина).

Последующий анализ показал, что состав обонятельных нейронов, экспрессирующих различные рецепторы, существенно отличается в зависимости от линии мышей. Причем подобные различия преимущественно связаны с генетическими вариантами регуляторных элементов рецепторных генов и незначительно — с функциями рецепторных белков. Кроме того, слабая зависимость у вариаций наблюдалась относительно продолжительности жизни (обонятельные нейроны постоянно обновляются) и активности нервных клеток анализатора.

В то же время систематическое воздействие определенных ароматов оказалось способно в небольшой, но значимой мере влиять на количественное распределение обонятельных нейронов с разными типами рецепторов. Например, число клеток, ассоциирующихся с восприятием привычного запаха, повышается за счет сокращения популяции нейронов, которые на фоне специфических средовых условий остаются неактивными. Таким образом состав нейронов обонятельной сенсорной системы и, как следствие, восприимчивость к определенным запахам в большей степени зависят от генома и в меньшей — от индивидуального опыта особи.

По мнению авторов, полученные данные могут использоваться в персонализированной медицине, в том числе в терапии расстройств обоняния. Также они проясняют механизмы функционирования и организацию анализатора. «Нервные клетки обонятельной системы тесно связаны с нейронами других отделов мозга, и их изучение может пролить свет на эволюцию нервной системы в целом», — сообщил соавтор работы Даррен Логан (Darren Logan).

Статья опубликована в журнале eLife.