Ezer gén és tízezer illat

Az érzőműködések közül a szaglás az, amelynek élettani és genetikai háttere csak az utóbbi időszakban tisztázódott. Mint tegnap már beszámoltunk róla, az idei élettani-orvosi Nobel-díjat megosztva az amerikai Richard Axel és Linda B. Buck kapták, a szaglórendszer felépítésének és működésének feltárásában elért úttörő eredményeikért.

Richard Axel és Linda Buck 1991-ben együtt tette közzé azt az alapvető tanulmányt, amelyben a szaglásban szerepet játszó receptorokhoz (érzékelő molekulákhoz) kapcsolódó mintegy ezer gént írtak le. E meglepően nagy géncsalád összes génünknek kb. a 3 százalékát teszi ki. Kutatásaik során kiderült, hogy ugyanennyi típusú szaglóreceptor létezik, amelyek a szaglásban szerepet játszó sejteken (receptorsejteken) foglalnak helyet. Minden sejt csak egyféle receptort hordoz, és mindegyik receptortípus csak kevés különböző (szerkezetileg hasonló) illatanyag érzékelésére képes. A szaglást biztosító sejtek éppen ezért erősen specializálódtak néhány illatanyagra.

A szaglóműködés során az illatanyag-molekulák a receptorsejteken lévő receptormolekulákhoz kapcsolódnak, amelyek ennek hatására aktiválódnak (ingerületbe jönnek), az ingerületet pedig – ami egy elektromos jel – hosszú nyúlványaikkal az ún. szaglóhagyma területére továbbítják, ahol újabb sejtek veszik át tőlük. Az átkapcsolás az ún. glomerulusok területén történik, amelyek apró, gomolyag alakú képződmények. Az ingerület innen a magasabb idegközpontok, az agy megfelelő területei felé továbbítódik, ahol a különböző receptortípusokból származó információk kombinálódnak, és egy mintázat jön létre. E mintázat beépül a memóriába, és később képesek vagyunk előhívni. Ennek segítségével tudjuk elkerülni a fent említett veszélyes helyzeteket.

A szaglás jelentősége az élővilágban ennél sokkal általánosabb: szinte minden élőlény képes érzékelni és azonosítani a környezetében lévő kémiai anyagokat. Az erre szolgáló receptorok jellege és száma fajonként eltérő. Axel és Buck egerek vizsgálatára alapozták eredményeiket, de az emberben ehhez képest nincs jelentős eltérés. A receptorok száma persze valamivel kisebb lehet, mert az evolúció során, a szaglás fontosságának csökkenésével egyes géneket elveszíthettünk.

A szaglórendszer működésének tisztázása módszertani szempontból is érdekes: ez az első olyan eset, hogy egy fő érzőműködést főképp molekuláris technológiával derítettek fel. Axel és Buck kimutatta, hogy a szaglásban szereplő receptorok olyan molekulák, amelyek az ingert jelentő illatanyag megkötődése után alakot változtatnak, és egy ún. G-fehérjéhez kötődnek a sejtek membránjában. Ennek hatására sejten belüli hírvivő molekulák (cAMP, ciklikus adenozin-monofoszfát) szaporodnak fel, amelyek aktiválják a receptorsejtek ioncsatornáit. Az alaphelyzettől eltérő iontranszport miatt alakul ki az ingerület.

Axel és Buck mutatta ki, hogy minden egyes receptorsejtben csak egyetlen receptormolekula génje fejeződik ki (azaz aktív), így – mint már említettük – egy-egy receptorsejten csak egyféle receptortípus van jelen a körülbelül ezer típusból. A felfedezés teljesen váratlanul érte a kutatókat, akárcsak az, amikor kiderült: az ugyanolyan receptort hordozó sejtek ugyanabba a glomerulusba küldik az információkat, amelyek konvergenciája tehát már ezen a szinten megvalósul. Az információ később sem „esik szét”, mert az egy glomerulusba befutó ingerületeket csak egyetlen sejt szállítja tovább az agy különböző részei felé.

A legtöbb illat mögött többféle illatanyag-molekula egyszerre van jelen, és minden illatanyag-molekula-típus különböző receptorokat aktivál. Ennek kombinációjából jönnek létre azok az illatmintázatok az agykéregben (talán színes mozaikokhoz lehetne hasonlítani őket), amelyeket agyunk képes memorizálni, és későbbi inger esetén azonosítani. Mintegy tízezer ilyen mozaikot tudunk felismerni, azaz körülbelül tízezer illat (illetve szag) felismerésére vagyunk képesek.