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Los genes en movimiento ayudan a la nariz a dar sentido a los olores


La nariz humana puede distinguir un billón de aromas diferentes: una hazaña extraordinaria que requiere 10 millones de células nerviosas especializadas, o neuronas, en la nariz, y una familia de más de 400 genes dedicados. 


Universidad de Columbia

Pero, precisamente, la forma en que estos genes y neuronas trabajan en conjunto para detectar un olor particular ha desconcertado a los científicos. Esto se debe en gran parte a que la actividad del gen dentro de cada neurona, donde cada uno de estos 10 millones de neuronas solo elige activar uno de estos cientos de genes dedicados, parecía demasiado simple para explicar la gran cantidad de aromas que la nariz debe analizar.

Pero ahora, un estudio de Columbia en ratones ha descubierto un ingenio sorprendente: al reorganizarse en el espacio tridimensional, el genoma coordina la regulación de estos genes en cada neurona, generando así la diversidad biológica necesaria para detectar los olores que experimentamos. Los hallazgos fueron publicados hoy en la revista Nature .

«Con el estudio de hoy, hemos identificado un mecanismo genómico mediante el cual un número finito de genes puede ayudar a distinguir un número aparentemente casi infinito de aromas», dijo Stavros Lomvardas, Ph.D., investigador principal de Mortimer B en Columbia. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute y el autor principal del artículo.

El olfato, también conocido como olfato, es increíblemente complejo. Los receptores en nuestras narices no solo deben identificar un olor, sino también medir qué tan fuerte es, escanear nuestros recuerdos para determinar si se han encontrado antes y determinar si son agradables o tóxicos.

Las neuronas receptoras olfativas , células nerviosas especializadas que serpentean desde la nariz hasta el cerebro, hacen que todo esto sea posible. Y aunque cada neurona contiene el conjunto completo de los 400 genes dedicados a los receptores olfatorios , solo uno de estos genes está activo en cada neurona. Agregando a la confusión: el gen que está activo aparece elegido al azar, y difiere de neurona a neurona.

Este patrón inusual de actividad génica se conoce como la regla de «un gen por neurona», y ha sido un tema de estudio de científicos como el Dr. Lomvardas. De hecho, descifrar cómo cada neurona receptora olfativa logra activar solo uno de estos genes, y cómo este proceso produce un sentido del olfato tan delicado, sigue siendo un misterio durante décadas.

«En los ratones, los genes de los receptores olfativos se encuentran dispersos en el genoma en aproximadamente 60 ubicaciones diferentes, en diferentes cromosomas que están muy alejados entre sí», dijo Kevin Monahan, Ph.D., un científico investigador postdoctoral en el laboratorio de Lomvardas y co-primer autor del artículo. Los ratones tienen alrededor de 1.000 genes de receptores olfativos, más del doble que los humanos, lo que es potencialmente indicativo de un sentido del olfato superior.

Tradicionalmente, se ha pensado que los genes ubicados en cromosomas diferentes rara vez interactúan entre sí. Al emplear una nueva técnica de secuenciación genómica llamada in situ Hi-C, el Dr. Lomvardas y su equipo revelaron recientemente que los cromosomas interactuaban con mucha más frecuencia de la esperada.

«In situ Hi-C es revolucionario en gran parte porque nos permite mapear, en 3-D, el genoma completo dentro de una célula viva», dijo Adan Horta, Ph.D., un candidato doctoral recientemente graduado en el laboratorio de Lomvardas y co-primer autor del papel. «Esto nos da una instantánea del genoma en un momento determinado en el tiempo».

Las instantáneas tomadas por los investigadores mostraron grupos de genes de receptores olfativos, ubicados en diferentes cromosomas, que se mueven físicamente hacia cada uno de ellos antes de elegir un gen receptor de olfato. Poco después de que estos genes se agruparan, otro tipo de elemento genético conocido como potenciadores se agrupó en un compartimiento tridimensional separado. Los potenciadores no son genes en sí mismos sino que regulan la actividad de los genes.

«Anteriormente descubrimos un grupo de potenciadores, denominamos las islas griegas, ubicadas cerca de varios genes receptores olfativos», dijo el Dr. Horta. «Este trabajo demostró que estos potenciadores crean puntos calientes de actividad para regular el gen del receptor olfativo» elegido «.

El equipo también encontró que la proteína Ldb1 juega un papel clave en este proceso. Mantiene unidas a las islas griegas, lo que les permite activar un gen receptor olfativo específico que, en equipo, interpreta el olor particular en cuestión.

«Estos equipos de genes otorgan al sistema olfativo la capacidad de responder de diversas maneras», dijo la Dra. Monahan. «La flexibilidad de este proceso podría ayudar a explicar cómo aprendemos fácilmente y recordamos nuevos olores».

Aunque son específicos para la olfacción, los hallazgos de los investigadores podrían tener implicaciones para otras áreas de la biología en las que las interacciones entre cromosomas desempeñan un papel.

«Las interacciones entre los cromosomas pueden ser las culpables de los cambios en el genoma, llamados translocaciones genómicas, que se sabe que causan cáncer», dijo el Dr. Lomvardas, quien también es miembro del Instituto Kavli para la Ciencia del Cerebro en la Universidad de Columbia, además de profesor. de biología y biofísica molecular y de neurociencia en Columbia University Irving Medical Center. «¿Podrían las actividades de otras células ser moldeadas por los cambios tridimensionales que vemos en las neuronas receptoras olfativas ? Esta es una pregunta abierta que esperamos explorar».

Este artículo se titula «Los compartimentos multicromosómicos dependientes de Lhx2 / Ldb1 regulan la transcripción del receptor olfativo singular».

Más información: Kevin Monahan et al. Las interacciones trans mediadas por LHX2 y LDB1 regulan la elección del receptor olfativo, Nature (2019). DOI: 10.1038 / s41586-018-0845-0 

Referencia del diario: Naturaleza  

Proporcionado por: Columbia University

Información de: phys.org


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