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嗅觉调控机理研究获进展

2011/11/21 来源:生物秀
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导读
来自德国马普生物物理学研究所的研究人员发表一篇文章,解析了嗅觉神经系统中一个嗅觉受体基因是如何调控嗅觉的,也揭示出嗅觉神经细胞如何在1200个基因中挑选出一个基因,行使关键的作用。

来自德国马普生物物理学研究所的研究人员发表了题为“Regulation of the Probability of Mouse Odorant Receptor Gene Choice”的文章,解析了嗅觉神经系统中一个嗅觉受体基因是如何调控嗅觉的,也揭示出嗅觉神经细胞如何在1200个基因中挑选出一个基因,行使关键的作用。这一研究成果公布在《细胞》Cell杂志上。

领导这项研究的是马普生物物理学研究所的Peter Mombaerts研究员,目前任马普研究院法兰克福所所长,主要从事嗅觉等方面的研究,曾与北京生命科学研究所的罗敏敏研究组共同发现过小鼠可以通过一类特殊的嗅觉神经元感受接近于空气中浓度的二氧化碳。

在视、听、嗅、味及体觉五大特殊感觉当中,嗅觉是最不受重视的一项。如果让人选择可以割舍的感觉,嗅觉总是名列前茅,甚至还在味觉之前。但一般人却不一定知道,食物的香味有80%是由嗅觉所贡献,如果少了嗅觉,再美味的食物吃起来也将如同嚼蜡。

在人类各种功能的研究中,嗅觉研究是最滞后的研究领域。直到2004年的诺贝尔生理医学奖颁给了两位研究嗅觉的美国学者,嗅觉研究又再次引起了科学家们的重视。在许多动物基因组中,嗅觉受体基因是一个庞大的家族,比如小鼠基因组中包含有大约1200个受体基因,这些基因大致分为40个基因簇,不同基因簇中包含的基因数量不同,其中的调控序列能调控个体基因的选择,到目前为止,科学家们还只发现了两个这个的调控DNA序列:14号染色体上的H元素,以及7号染色体上的P元素。

研究人员通过RNA分析方法,发现P元素能调控一个包含有24个受体基因的基因簇中,缺失这一因子的小鼠,其嗅觉神经元选择系统就会出问题。Mombaerts说,“P元素只能调控一个基因的开启,决定这个细胞是否选择这一基因表达。但是它对于单个细胞中受体分子生成的数量没有影响。因此这一因子就像是一个on-off开关”。P元素并不影响同一染色体,或者其它染色体上的其它基因簇。

通过P元素缺失小鼠,研究人员发现了对于嗅觉受体基因选择方面的一些不同影响,比如一些基因不再被选择上,还有一些基因表达的嗅觉神经细胞减少了,另外一些基因则完全不受影响。研究人员认为这说明P元素并不是唯一对24号基因簇产生影响的DNA序列。

值得关注的是在这项研究中,采用了一种新技术:来自NanoString的nCounter RNA系统,利用这一技术,研究人员能一次完成嗅觉受体基因中一半mRNA的水平分析,而利用传统方法,一次只能分析一个嗅觉受体基因。

这项研究有助于科学家们了解一个嗅觉神经细胞如何在1200个基因中挑选表达基因的机制,“要揭开这个令人着迷的迷题,我们还有很多路需要走,基因簇中的这种选择安排也许扮演了重要的角色。显然这一过程并不仅仅是一个单机制,嗅觉受体基因选择也许在多个水平进行调控”,Mombaerts解释道。(生物探索)

相关英文论文摘要:

Regulation of the Probability of Mouse Odorant Receptor Gene Choice

Each olfactory sensory neuron (OSN) in mouse chooses one of 1,200 odorant receptor (OR) genes for expression. OR genes are chosen for expression by greatly varying numbers of OSNs. The mechanisms that regulate the probability of OR gene choice remain unclear. Here, we have applied the NanoString platform of fluorescent barcodes and digital readout to measure RNA levels of 577 OR genes in a single reaction, with probes designed against coding sequences. In an inbred mouse strain with a targeted deletion in the P element, we find that this element regulates OR gene choice differentially across its cluster of 24 OR genes. Importantly, the fold changes of NanoString counts in P or H mice are in very close agreement with the fold changes of cell counts, determined by in situ hybridization. Thus, the P and H elements regulate the probability of OR gene choice, not OR transcript level per OSN.

英文论文链接:http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(11)01219-0

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