再次發現RNA的新功能——一萬億種氣味

哺乳動物的鼻子是進化的藝術品。它又數以百萬計的神經細胞，每個細胞都有基因組編碼的數千種特殊氣味化學受體中的一種，總共可以分辨出一萬億種不同的氣味。這些感覺反過來又會影響許多行為，從評估食物選擇到區分朋友和敵人，再到激發記憶。

近期在《自然》(Nature)雜志上，由哥倫比亞大學祖克曼研究所(Zuckerman Institute)的科學家領導的一個研究小組描述了一種以前未被發現的小鼠機制：以遺傳分子RNA為主導，這可以解釋哺乳動物鼻子中的每個感覺細胞或神經元是如何被定制來檢測特定氣味化學物質的。

例如，在我們的鼻子里有感覺神經元，它們承受著獨特的感受器，檢測香草的主要氣味乙基香蘭素，而其他細胞有感受器，可以檢測檸檬的標志性氣味檸檬烯。

哥倫比亞祖克曼研究所Stavros Lomvardas博士說：“鼻子里的感覺細胞如何選擇受體一直是嗅覺最令人煩惱的謎團之一，現在，我們嗅覺或嗅覺背后的故事變得越來越清晰，也越來越引人注目。”

他所指的感官精煉過程完全是在每個嗅覺神經元細胞核的微小范圍內展開的，細胞核是細胞的染色體和基因所在之處。在那里，就像烏賊游戲一樣，贏家通吃，一個發育中的細胞的無數嗅覺受體基因在一個分階段篩選的過程中相互競爭，首先是少數幾個決賽選手，然后是一個獲勝者。占主導地位的基因決定了細胞對氣味的敏感度。在他們的研究中，Lomvardas博士和他的團隊揭示了這個過程最后階段的細節，也就是獲勝者從最終的基因中脫穎而出。

“這基本上是一場1000名競爭者之間的較量，”該論文的**作者Ariel Pourmorady博士說。

動作極其復雜，涉及令人眼花繚亂的分子角色。各種各樣的基因調節分子在提高或降低每個基因產生嗅覺受體的能力方面發揮著作用。通過在基因組中聚集成不同的聯盟，這些分子參與者幫助打開或關閉特定的基因。

還有另一組分子中心也參與了戰斗，它們以有利于特定受體基因的方式重塑基因組的部分。2014年，當Lomvardas的團隊**在基因組中觀察到這些分子時，他將它們稱為“Greek Islands”，因為它們讓他想起了愛琴海的島嶼。

Pourmorady說:“事實證明，基因組在細胞核中有一定的空間組織，當涉及到哪些基因表達成蛋白質(如嗅覺受體)時，這種結構的變化是至關重要的。我們正在了解這個過程在成熟的嗅覺細胞中有多重要。”

在他們發表在《自然》雜志上的新論文中，研究人員從小鼠研究中收集了大量數據，指出RNA是嗅覺系統基因選擇機制中的關鍵分子。RNA是最**的中介分子，它將DNA中的遺傳密碼轉化為具有特定細胞功能的蛋白質分子，比如探測氣味。然而，研究人員使用復雜的技術來分析細胞成熟時基因組結構的變化，他們說他們的證據指向了RNA的關鍵的第二個作用。

Pourmorady說:“看起來細胞在基因表達過程中產生的RNA也改變了基因組的結構，從而增強了一種嗅覺受體基因的表達，同時關閉了所有其他的嗅覺受體基因。”

在這個基因組控制的故事中仍然存在很大的差距，但研究人員說大綱變得更加明確了。首先是成熟的嗅覺細胞，它們最初會在基因組中心表達許多受體基因，在這些中心，基因調控分子和復合物（包括希臘島）會聚集在一起。

然后RNA將競爭的嗅覺受體基因篩選到一個。在每個細胞中，分子星形排列產生最多RNA的特定中心贏得了競爭。在這個中心，受體基因的表達激增。但是，就像一個狡猾的破壞者一樣，來自同一樞紐的RNA可能會蜿蜒到所有其他樞紐。在這些位置，RNA會導致基因組的形狀變化，從而關閉基因表達。其結果是一個鼻子的成熟嗅覺神經元，每個表面上只有一個氣味受體。

Lomvardas博士說:“當我們現在可以觀察到單個細胞核內部的分子和基因組細節時，感覺就像是科幻小說一樣。我們需要繼續研究，解開這個嗅覺謎題的其余部分。”

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