Nuestro sentido del olfato nos permite navegar por una vasta extensión de moléculas de olor químicamente diversas. Esta tarea se logra mediante la activación combinatoria de aproximadamente 400 receptores acoplados a proteína G odorante codificados en el genoma humano. Aún no está claro cómo los receptores de olores reconocen los olores.
En un nuevo estudio, científicos de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) brindan una visión mecánica de cómo el olor se relaciona con los receptores de olor humanos. Han creado la primera imagen 3D a nivel molecular de cómo una molécula de olor activa los receptores de olor humanos.
Los receptores de olor son proteínas que se unen a las moléculas de olor en la superficie de las células olfativas. Ha creado la familia de receptores más grande y diversa de nuestro cuerpo. Comprenderlos puede proporcionar nuevos conocimientos sobre una variedad de procesos biológicos.
400 receptores diferentes están involucrados en el olfato. Los cientos de miles de olores que podemos detectar están compuestos cada uno de una mezcla única de moléculas de olor. Cada vez que la nariz detecta el olor de algo nuevo, el cerebro tiene que resolver un rompecabezas porque cada tipo de molécula puede ser detectada por diferentes receptores.
Hiroaki Matsunami, PhD, genetista molecular y profesor de microbiología en la Universidad de Duke y colaborador cercano de Manglik, dijo: «Es como tocar las teclas de un piano para hacer sonar un acorde. Ver cómo los receptores del olfato se relacionan con un aroma muestra cómo funciona esto en un nivel básico».
Usa a los científicos Microscopio electrónico (cryo-EM) para generar la imagen. Cryo-EM nos permite ver la estructura atómica y estudiar las formas moleculares de las proteínas. Pero antes de visualizar la unión del receptor del olor al olor, los científicos primero necesitaban purificar una cantidad suficiente de la proteína receptora.
Los científicos han buscado receptores de olores en abundancia en el cuerpo y la nariz. Pensaron que podría ser más fácil crear una versión sintética del receptor de olores que también pudiera detectar olores solubles en agua. Por lo tanto, eligieron el receptor OR51E2 porque se ha demostrado que interactúa con el propionato, un compuesto involucrado en el fuerte sabor del queso suizo.
Pero incluso producir OR51E2 en el laboratorio ha sido un desafío. Los experimentos crio-EM típicos requieren miligramos de proteína para obtener imágenes a nivel atómico. Sin embargo, los científicos han desarrollado formas de usar solo 1/100 de miligramo de OR51E2, lo que pone una instantánea del receptor y el olor al alcance de la mano.
Coautor principal Christian Bilspol, Ph.D., científico principal en Manglik Lab, Él dijoY «Logramos esto al superar varios escollos técnicos que habían sofocado durante mucho tiempo el campo. Hacerlo nos permitió vislumbrar el primer vistazo de un olor asociado con los receptores de olores humanos en el momento exacto en que se detecta el olor».
Con una combinación perfecta entre el odorante y el receptor, esta instantánea molecular mostró que el propionato se adhiere firmemente a OR51E2 para unirse. Este hallazgo es consistente con la función del sistema olfativo como centinela del peligro.
El propionato ayuda a darle al queso suizo un sabor profundo, pero su aroma es mucho menos tentador por sí solo.
Ashish Manglik, MD, PhD, Profesor Asociado de Química Farmacéutica, dijo: Este receptor enfocado con láser está tratando de detectar el propionato y puede haber evolucionado para ayudar a detectar cuándo la comida es mala. Alternativamente, los receptores de olores agradables como el mentol o la alcaravea pueden reaccionar de manera más flexible a los olores».
Luego, los científicos determinaron cómo el propionato activa este receptor. Para hacer esto, realizaron simulaciones por computadora e hicieron películas de cómo el propionato activa OR51E2. Las simulaciones les ayudan a comprender cómo el propionato cambia la forma del receptor a nivel atómico.
El biólogo cuantitativo Nagarajan Vaidehi, PhD, de City of Hope dijo: Realizamos simulaciones por computadora para comprender cómo el propionato hace que el receptor cambie de forma a nivel atómico. Estos cambios en la forma juegan un papel importante en cómo los receptores del olor inician el proceso de señalización celular que conduce a nuestro sentido del olfato».
Actualmente, el equipo está trabajando para idear formas más eficientes de explorar pares adicionales de receptores odoríferos y comprender la biología no olfativa asociada con los receptores, que se han relacionado con el cáncer de próstata y la producción de serotonina en el intestino.
Manglik visualiza un futuro en el que se pueden diseñar nuevos aromas basados en la comprensión de cómo la forma de un químico conduce a una experiencia perceptiva, en contraste con la forma en que los químicos farmacéuticos de hoy diseñan medicamentos basados en las formas atómicas de las proteínas que causan enfermedades.
Referencia de la revista:
- Billesbølle, CB, de March, CA, van der Velden, WJC et al. Base estructural del reconocimiento de olores por parte de los receptores de olores humanos. Naturaleza (2023). DOI: 10.1038 / s41586-023-05798-y
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