Cara Kerja Hidung Merasakan Wangi | XVU Science - Hidung manusia dapat membedakan satu triliun aroma berbeda - suatu prestasi luar biasa yang membutuhkan 10 juta sel saraf khusus, atau neuron, di hidung, dan keluarga lebih dari 400 gen khusus. Tetapi tepatnya bagaimana gen dan neuron ini bekerja bersama untuk memilih aroma tertentu telah lama membingungkan para ilmuwan. Ini sebagian besar karena aktivitas gen di dalam setiap neuron - di mana masing-masing dari 10 juta neuron ini hanya memilih untuk mengaktifkan satu dari ratusan gen khusus ini - tampaknya terlalu sederhana untuk menjelaskan banyaknya aroma yang harus dimiliki hidung. parse
Tetapi sekarang, sebuah penelitian Columbia pada tikus telah menemukan sumber daya yang mengejutkan: dengan menata ulang dirinya dalam ruang tiga dimensi, genom mengkoordinasikan pengaturan gen-gen ini di setiap neuron, sehingga menghasilkan keanekaragaman biologis yang diperlukan untuk mendeteksi aroma yang kita alami. Temuan ini diterbitkan hari ini di Nature.
"Dengan penelitian hari ini, kami telah menunjukkan mekanisme genom yang dengannya sejumlah gen pada akhirnya dapat membantu membedakan sejumlah aroma yang tampaknya hampir tak terbatas," kata Stavros Lomvardas, PhD, peneliti utama di Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute dan penulis senior makalah ini.
Bau, juga dikenal sebagai penciuman, sangat membingungkan. Reseptor pada hidung kita tidak hanya harus mengidentifikasi aroma, tetapi juga mengukur seberapa kuatnya, memindai ingatan kita untuk menentukan apakah itu telah ditemukan sebelumnya, dan menentukan apakah itu menyenangkan atau beracun.
 |
| Bau, juga dikenal sebagai penciuman, sangat membingungkan. |
Neuron reseptor penciuman, sel-sel saraf khusus yang ular dari hidung ke otak, memungkinkan semua ini. Dan meskipun masing-masing neuron berisi rangkaian lengkap dari 400 gen reseptor penciuman khusus, hanya satu dari gen-gen ini yang aktif dalam setiap neuron. Menambah kebingungan: gen yang aktif muncul secara acak, dan berbeda dari neuron ke neuron.
Pola aktivitas gen yang tidak biasa ini dikenal sebagai aturan "satu gen per neuron", dan telah lama menjadi fokus penelitian oleh para ilmuwan seperti Dr. Lomvardas. Memang, menguraikan bagaimana setiap neuron reseptor penciuman berhasil mengaktifkan hanya satu dari gen ini - dan bagaimana proses ini menghasilkan indera penciuman yang sangat halus - tetap misterius selama beberapa dekade.
"Pada tikus, gen reseptor penciuman tersebar di seluruh genom di sekitar 60 lokasi berbeda - pada kromosom berbeda yang cukup berjauhan satu sama lain," kata Kevin Monahan, PhD, seorang ilmuwan penelitian postdoctoral di lab Lomvardas dan kantor surat kabar itu. penulis pertama. Tikus memiliki sekitar 1.000 gen reseptor penciuman, lebih dari dua kali lipat dari manusia, yang berpotensi mengindikasikan indra penciuman yang superior.
Secara tradisional, telah dipikirkan bahwa gen yang terletak pada kromosom yang berbeda jarang, jika pernah, berinteraksi satu sama lain. Dengan menggunakan teknik sekuensing genom baru yang disebut in-situ Hi-C, Dr. Lomvardas dan timnya baru-baru ini mengungkapkan bahwa kromosom berinteraksi jauh lebih sering daripada yang diperkirakan.
"In-situ Hi-C sebagian besar revolusioner karena memungkinkan kita untuk memetakan, dalam 3D, seluruh genom di dalam sel hidup," kata Adan Horta, PhD, kandidat doktor yang baru saja lulus di lab Lomvardas dan kantor surat kabar itu. penulis pertama. "Ini memberi kita gambaran tentang genom pada titik waktu tertentu."
Cuplikan yang diambil oleh para peneliti menunjukkan kelompok gen reseptor penciuman, yang terletak pada kromosom yang berbeda, secara fisik bergerak ke arah masing-masing sebelum memilih gen reseptor penciuman. Segera setelah gen-gen ini berkerumun bersama, jenis elemen genetik lain yang dikenal sebagai peningkat terkumpul dalam kompartemen 3D yang terpisah. Enhancer bukanlah gen itu sendiri tetapi mengatur aktivitas gen.
"Kami sebelumnya menemukan sekelompok peningkat, kami menamai Kepulauan Yunani, yang terletak di dekat berbagai gen reseptor penciuman," kata Dr. Horta. "Pekerjaan ini menunjukkan bahwa peningkat ini menciptakan hotspot aktivitas untuk mengatur gen reseptor penciuman" yang dipilih ".
Tim juga menemukan bahwa protein Ldb1 memainkan peran kunci dalam proses ini. Ini memegang Kepulauan Yunani bersama-sama, memungkinkan mereka untuk beralih pada gen reseptor penciuman khusus yang kemudian - sebagai tim - menafsirkan aroma tertentu di tangan.
"Tim gen ini memberikan sistem penciuman dengan kemampuan untuk merespons dalam beragam cara," kata Dr. Monahan. "Fleksibilitas proses ini dapat membantu menjelaskan bagaimana kita dengan mudah belajar dan mengingat aroma baru."
Meskipun spesifik untuk penciuman, temuan para peneliti dapat memiliki implikasi untuk bidang biologi lain di mana interaksi antar kromosom berperan.
"Interaksi antara kromosom mungkin menjadi penyebab pergeseran dalam genom - yang disebut translokasi genom - yang diketahui menyebabkan kanker," kata Dr. Lomvardas, yang juga anggota Institut Ilmu Otak Kavli di Universitas Columbia juga. sebagai profesor biologi dan biofisika molekuler dan ilmu saraf di Columbia University Irving Medical Center. "Mungkinkah aktivitas sel-sel lain dibentuk oleh perubahan tiga dimensi yang kita lihat pada neuron reseptor penciuman? Ini adalah pertanyaan terbuka yang ingin kita eksplorasi."