Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny w 2004 r.

Transkrypt

1 Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny w 2004 r. Receptory zapachu i organizacja systemu węchowego Takao Ishikawa, M.Sc. Zakład Biologii Molekularnej Instytut Biochemii Uniwersytetu Warszawskiego

2 10 mln koron szwedzkich ok. 4,2 mln złotych Nagrody Nobla w tym roku: Fizjologia i medycyna 3 października (11.30) Chemia 5 października (11.45)

3 Tak wygląda praca uhonorowana nagrodą Nobla

4 Każdy wie, jak wygląda nos...

5 To, co wiadomo było... Ośrodek smaku Neurony węchu Opuszka węchowa Ośrodek węchu Neurony węchowe Komórki receptorowe samku

6 Przekazywanie sygnału

7 Neurony

8 Potencjał spoczynkowy

9 Jak biegnie impuls w aksonie...

10 Co to ma wspólnego z zapachem? To tylko niektóre z pytań, których odpowiedzi nie były znane Jak powstaje impuls w neuronach węchu? Ile jest rodzajów receptorów zapachowych? Czy receptor zapachowy reaguje tylko na jedną cząsteczkę zapachową?

11 Na tropie receptorów węchu Ale co powoduje aktywację białka G?

12 Poszukiwanie receptora Założenia przy szukaniu receptorów zapachu Receptor współpracuje z białkiem G Receptory znajdują się w neuronach węchowych Geny receptorów tworzą rodzinę podobnych do siebie genów Otwarcie kanału jonowego i powstanie impuslu

13 Odkrycie receptorów czyli nagroda Nobla 13 lat później Buck i Axel (1991) Cell 65, str Wykorzystano potencjalne podobieństwo genów rodopsyny do genów receptorów zapachu Wykryto rodzinę genów składających się z ok genów kodujących receptory dla różnych cząsteczek zapachu Jest to 3-5% genów ludzkiego genomu

14 Brakujące ogniwo, receptory zapachu

15 Rejestrowanie zapachu Jeden neuron posiada tylko jeden typ receptora Jedna cząsteczka może wiązać się z kilkoma receptorami Jeden receptor może wiązać się z różnymi cząsteczkami zapachu

16 Cząsteczki zapachu Małe cząsteczki organiczne Masa cząsteczkowa zwykle <400 Mogą mieć różne rozmiary, kształty, ładunek i grupy funkcyjne alkohole, ketony, estry; związki cykliczne aromatyczne, policykliczne i heterocykliczne Związki te muszą być lotne Stereoizomery mogą mieć inny zapach wanilina cis-jasmon

17 Molekularne podstawy węchu Białka wiążące cząsteczki zapachu Receptory rozpoznające cząsteczki zapachu

18 Białka wiążące cząsteczki zapachu Aby cząsteczki zapachu mogły się rozprzestrzeniać, potrzebują rozpuszczalnych w wodzie adaptorów, czyli białek wiążących cząsteczki zapachu Małe, lotne i często hydrofobowe związki organiczne Białka te pełnią rolę transportera cząsteczek zapachu Jest wiele rodzajów transporterów

19 Białka wiążące cząsteczki zapachu

20 Dygresja o strukturze białek...

21 Alfa-keratyna jest... zbudowana wyłącznie z alfa-heliksów np. we włosach i wąsach

22 Koszyk dla cząsteczki... od wewnątrz hydrofobowe jak lubią cząsteczki zapachu, a od zewnątrz hydrofilowe żeby mógł pływać w śluzie

23 Receptor cząsteczek zapachu Białko transmembranowe Zbudowane z 7 alfa-heliksów Ma hydrofobowy kanał, gdzie łączy się cząsteczka zapachu

24 A przy okazji... o białkach kanałowych

25 Wracając do tematu... Neurony węchowe mają okres życia dni i regenerują się każdy neuron wyraża tylko jeden typ receptora zapachu receptory lokują się na rzęskach wyrastających z dendrytów

26 Geny receptorów zapachu Jest ich ok. 1000, na wszystkich chromosomach oprócz 20. i Y Występują w grupach Nie mają intronów U człowieka 63-70% to pseudogeny, u myszy jedynie ok. 20% są pseudogenami

27 Pseudogen obszar regulacyjny duplikacja genu pseudogen mutacje nowy gen

28 Ekspresja genu receptora Ekspresja zachodzi tylko z jednego allelu mimo, że dostajemy po jednej kopii tego samego genu od rodziców Niektóre geny wyrażane są również w komórkach dających początek plemnikom rola w chemotaksji?

29 Konwergencja aksonów Skąd neurony wyrażające ten sam receptor wiedzą, że ich aksony mają się spotkać w tym samym kłębuszku? Nie wiadomo, ale podejrzewa się, że receptory pełnią bardzo ważną rolę w tym procesie

30 Inne teorie węchu... Kształt cząsteczek Amoore, 1951 Pory dyfuzyjne Davies i Taylor, 1959 Efekt Piezo Rosenberg, 1968 Wibracje cząsteczek Dyson, 1938

31 Czas na praktyczne sprawy... Anosmia Efekt Prousta przydatny np. przed egzaminem Zapachy w terapii eksperyment Stockhorsta i Gritzmanna, 1999

32 A jeśli chodzi o feromony... Feromony Związki chemiczne wydzielane i odbierane przez osobników jednego gatunku, które wywołują zdefiniowane reakcje behawioralne (Karlson i Luscher, 1959)

33 Moc feromonów Feromony są bardzo silnymi związkami 2500 cz./cm 3 jest wystarczająca w 1 cm 3 jest 2,7 x cz. Nabłonek węchowy Nerwy przylemieszow Opuszka węchowa Boczna opuszka węchowa Wyizolowanie 13 mg pierwszego zidentyfikowanego feromonu - bombykol - wymagało zabicia jedwabników! Narząd przylemieszowy

34 e-nos Siarkowodór Węglowodory Siarka Grupy aromatyczne Amoniak Estry Aminy Aldehydy Kwasy organiczne

35 Grafika molekularna Baza struktur białek - Protein Data Bank PDB2MGIF PyMOL Chimera