우리는 어떻게 냄새를 맡습니까? 인간 후각 수용체의 첫 번째 3D 구조는 단서를 제공합니다.

[이매진]

우리는 어떻게 냄새를 맡습니까? 인간 후각 수용체의 첫 번째 3D 구조는 단서를 제공합니다.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00818-3

이 발견은 인간의 후각 단백질이 잘 익은 치즈의 퐁을 포함하여 특정 냄새를 인식하는 방법에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.

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OR51E2 수용체는 치즈 냄새가 나는 프로피오네이트에 의해 활성화됩니다. 신용: Antonio Nardelli/ EyeEm/ 게티 이미지

우리가 장미 냄새를 기분 좋게 느끼고 썩은 음식 냄새를 맡는 것은 후각 수용기라고 하는 코의 단백질 덕분입니다. 그러나 이러한 수용체가 어떻게 분자를 감지하고 냄새로 변환하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

이제 연구자들은 처음으로 인간 냄새 수용체의 정확한 3D 구조를 매핑하여 가장 수수께끼 같은 감각을 이해하는 데 한 걸음 더 나아갔습니다.

3월 15 일자 Nature 에 발표된 이 연구는 OR51E2라고 불리는 후각 수용체를 설명하고 수용체를 켜는 특정 분자 상호 작용을 통해 치즈 냄새를 '인식'하는 방법을 보여줍니다.

"이것은 기본적으로 우리의 냄새 수용체 중 하나와 상호 작용하는 모든 냄새 분자에 대한 우리의 첫 번째 그림입니다.

냄새 수수께끼

인간 게놈에는 많은 냄새를 감지할 수 있는 400개의 후각 수용체를 암호화하는 유전자가 포함되어 있습니다. 포유류의 냄새 수용체 유전자는 1991년 분자 생물학자 Richard Axel과 생물학자 Lina Buck이 쥐에서 처음 발견했습니다 2 . 1920년대 연구원들은 인간의 코가 약 10,000개의 냄새를 식별할 수 있다고 추정했지만 3 2014년 연구에서는 우리가 1조 개 이상의 냄새를 구별할 수 있다고 제안합니다 4 .

각 후각 수용체는 냄새 물질이라고 하는 냄새 분자의 하위 집합과만 상호 작용할 수 있으며 단일 냄새 물질은 여러 수용체를 활성화할 수 있습니다. "피아노로 코드를 치는 것과 같다"고 Manglik은 말합니다. "단일 음을 치는 대신에, 뚜렷한 냄새에 대한 인식을 불러일으키는 것은 치는 건반의 조합입니다."

이 외에도 후각 수용체가 특정 냄새 물질을 인식하고 뇌에서 다른 냄새를 인코딩하는 방법에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

표준 실험실 방법을 사용하여 포유류 후각 수용체 단백질을 생산하는 기술적인 문제로 인해 이러한 수용체가 냄새 물질에 결합하는 방법을 연구하기가 어렵습니다.

King's College London의 신경과학자 Matthew Grubb는 "거의 모든 사람들이 후각 감각 뉴런이 아닌 다른 종류의 세포에 있는 것을 정말로 좋아하지 않습니다."라고 말합니다. 이는 일반적으로 사용되는 세포주에서 성장하거나 안정화될 수 없음을 의미합니다. 샘플을 복제하려면 "아마도 수천 마리의 마우스 코를 해부해야 할 것"이라고 Grubb은 말합니다. "실현할 수 없습니다."

이를 극복하기 위해 Manglik과 그의 동료들은 냄새 인식 이상의 기능을 가지고 있으며 후각 뉴런뿐만 아니라 장, 신장 및 전립선 조직에서 발견되는 OR51E2 수용체에 집중했습니다.

식초와 치즈

OR51E2는 식초 냄새가 나는 아세테이트와 치즈 냄새가 나는 프로피오네이트의 두 냄새 분자와 상호 작용합니다.

저자는 수용체를 정제하고 원자 분해능 이미징 기술인 저온 전자 현미경을 사용하여 프로피오네이트 결합 및 비결합 OR51E2의 구조를 분석했습니다. 그들은 또한 컴퓨터 지원 시뮬레이션을 사용하여 단백질이 원자 규모에서 냄새 물질과 상호 작용하는 방식을 모델링했습니다.

그들은 프로피오네이트가 바인딩 포켓이라고 불리는 수용체 영역에서 프로피오네이트의 카르복실산을 아미노산 아르기닌에 고정시키는 특정 이온 및 수소 결합을 통해 OR51E2에 결합한다는 것을 발견했습니다. 프로피오네이트에 결합하면 수용체를 작동시키는 OR51E2의 모양이 바뀝니다.

이러한 분자 상호 작용은 중요합니다. 연구자들은 아르기닌에 영향을 미치는 돌연변이가 OR51E2가 프로피오네이트에 의해 활성화되는 것을 막는다는 것을 보여주었습니다.

Manglik은 "이것은 수용체의 한쪽을 누르면 다른 쪽이 켜지는 방식을 이해하기 위해 도미노를 정렬하는 방식입니다."라고 말합니다.

향기에

과학자들은 화학적 구조를 매핑하고 특정 냄새에 해당하는 수용체의 조합을 매핑하는 후각 수용체의 분자 아틀라스를 구축하는 것을 오랫동안 꿈꿔왔습니다. 그러나 Manglik은 "그것은 현장에서 도달할 수 없는 범위였습니다."라고 말합니다.

OR51E2 수용체는 프로피오네이트와 아세테이트에 특이적입니다. 그러나 "단일 수용체 분자에 결합하는 단일 냄새 물질에 관한 것이 전부는 아닙니다"라고 Grubb은 말합니다. OR51E2는 클래스 I 후각 수용체입니다. 인간 후각 수용체 유전자의 약 10%만이 이 유형을 암호화합니다. 일반적으로 더 넓은 범위의 냄새를 인식하는 클래스 II 수용체에 대한 나머지 코드입니다. "그들은 매우 다른 메커니즘을 가지고 있을 수 있습니다."라고 뉴욕 시 록펠러 대학의 신경과학자 Vanessa Ruta는 말합니다.

인간 냄새 수용체의 다른 예를 연구하고 그 구조를 밝히는 것이 중요하다고 그녀는 덧붙입니다. "그것은 냄새 물질을 인식하는 다양한 방법에 대한 폭 넓은 이해를 허용할 것입니다."