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Mara L. Spletter and Liqun Luo
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Cell 136, 23 – 25, January 9, 2009
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在果蝇中并不是所有的嗅觉神经元都表达七次跨膜嗅觉受体，这表明可能存在其他类型嗅觉受体。Benton等最近提供的证据表明，与离子转移谷氨酸受体有关的蛋白质家族是一类以前尚未鉴定的嗅觉受体。% G6 Y/ n# u0 ^
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" o2 Z' l9 o" c7 d! j# G. S; H 气味探测是由嗅觉受体完成的，最早在啮齿动物中鉴定的嗅觉受体是一个七次跨膜G蛋白耦联受体(GPCR)的大家族，随后在鱼、线虫和果蝇中也发现了嗅觉受体。令人惊讶的是，最近发现与典型的GPCR相比，果蝇的七次跨膜嗅觉受体(OR)有相反的膜拓扑学，这些受体的N端朝向细胞质而不是朝向细胞外空间。另外，果蝇OR需要Or83b(Or83b是另一个在昆虫中高度保守的七次跨膜蛋白)作为必需的辅助受体。有证据表明OR/Or83b复合物形成一个由配体开启的离子通道，与蠕虫和脊椎动物中依赖于第二信使活化离子通道的GPCR有很大不同。Benton等在本期Cell报道了一类与离子转移谷氨酸受体有关的新嗅觉受体的鉴定，使嗅觉受体的范围超出了经典的七次跨膜受体家族。
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在果蝇嗅觉系统中，位于触角或下颚须的嗅觉传感神经元(OSN，或称为嗅觉受体神经元ORN)将轴突送入位于中脑的触角神经叶。OSN树突位于称为感受器的传感器官中并暴露在环境中，不同类型的感受器（锥形、腔锥或毛状感受器）对不同类型的气味起响应。大多数果蝇OSN和在哺乳动物嗅觉系统中的情况一样，表达单个OR。表达OR的OSN轴突在触角神经叶的小球上汇集。遗传学上已将几乎所有的OR的表达定位于特定的感受器，与OR相关的OSN轴突伸向特定的神经小球。在锥形和毛状OSN表达的所有OR中有一个例外，即Or35在腔锥OSN中表达，该OSN只伸向一个特定腔锥OSN的标靶（8个神经小球中的一个）。虽然已对OR和味觉受体（在CO2传感OSN中有两个味觉受体共同表达）进行了大量研究，但仍无法对在腔锥OSN中表达的嗅觉受体特性进行解释，这说明在大多数腔锥OSN中可能存在一类尚未得到鉴定的嗅觉受体。Benton等最近提供的令人信服的证据说明，一类与离子转移谷氨酸受体有关的蛋白质家族有嗅觉受体的作用。
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Benton等在对果蝇触角表达的基因进行生物信息筛选时鉴定了这一类蛋白质家族，称为离子转移受体(IR)。其后的BLAST搜索揭示了果蝇的的一个61基因家族。尽管对与离子转移谷氨酸受体类似的调节结构在突触传递中的作用已进行了广泛研究，如AMPA和NMDA受体，但IR的序列，特别是对谷氨酸结合十分重要的氨基酸残基有很大的不同。这些IR不可能是谷氨酸受体，但可能与配体结合。# X4 a: h) ~) G0 ^1 `, z; P
& |" w) ]% m2 h! }2 N* o0 Z% t4 C M1 X 多项证据表明IR确实是人们正在寻找的腔锥嗅觉受体。第一，有15种IR mRNA专一性地在成熟果蝇触角的神经元中表达。第二，专一性识别一个IR蛋白的抗体可对OSN的树突染色，这与嗅觉探测作用一致。第三，含IR的OSN与表达Or83b的OSN不同，这可以通过原位分析的双重测定得以证实（共同表达Or35a/Or83b/Ir76b的腔锥OSN除外）。第四，在破坏腔锥感觉器发育的突变体中，无IR的表达。第五，IR的表达是位于先前得到生理学鉴定的、与4个腔锥感觉器有关的4个神经元簇中。第六，与表达基本OR的OSN将轴突伸向单个神经小球一样，用Ir76a-GAL4标记的轴突聚集于先前鉴定的有腔锥输入的单个神经小球。最后，IR的错误表达可以赋予腔锥OSN新的嗅觉灵敏度，这表明IR决定嗅觉专一性。
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上述特征是表达IR和表达OR的OSN之间的重要结构差异。每个神经元可共同表达多个IR，它们与OR的表达有很大不同，OR基本上是一个神经元表达一个OR受体。这可能反映了IR的功能要求，因为需要多个IR才能形成一个有功能的通道。例如，NMDA受体是一个由不同亚基组成的4聚体。尽管Ir76a轴突的标靶是单个神经小球，但这可能不是普遍规律，因为Ir76a是在单一腔锥OSN中表达的几种IR之一。表达IR的OSN对气味的响应可表现为表达一组特定的IR，而不是只表达单个IR基因，一个特定IR可标记伸向多个神经小球的轴突。& w$ t+ Q5 h7 L# L8 |6 i9 I: p
9 x5 y% G- M4 I: a% {; v+ H Benton等得到的重要成果使他们可进行多项深入研究。在生物学上，IR的鉴定可帮助对表达IR的特定OSN的气味专一性和神经小球趋向性进行综合分析。已知在传感信息素的毛状感受器和传感食物气味的锥形感受器之间有不同的分工，这种分工甚至可扩大到更高级的嗅觉中心。进一步的研究将测定腔锥OSN是否有特定的嗅觉专一性，以及这种信息怎样在大脑表达。在其他腔锥OSN中IR异位表达的大量测定对机制研究很重要。例如，在爪蟾卵母等异位细胞中重建嗅觉响应可以进一步分析IR受体/通道复合物的生物化学和生物物理性质。" i; ?. h. P4 q4 F
/ J4 U0 D* w9 H5 t( BIR被鉴定为嗅觉受体也引发了重要的进化议题。在突触的离子转移谷氨酸受体和在嗅觉探测中的IR都可通过细胞外环境中的传感分子起作用，这是可追溯到原核生物的古老机制。在进化中，为了嗅觉、免疫和神经传递等大相庭径的目的，已出现了各种各样的“化学传感器”家族。另一个问题是在昆虫和在其他动物中嗅觉的不同，昆虫嗅觉受体发挥功能不需要第二信使。这种不同是否有进化优势，如更迅速的信号传导，还有待测定。对加深我们对基本生物学原理的理解来说，对果蝇嗅觉的深入研究会持续带来惊奇。 % T5 c0 ^6 r" F9 \7 M+ {+ [
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本文转自建人先生原创，感谢 |
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发表于 2009-4-22 22:51
发表于 2015-6-7 19:24
