I profumi ci raccontano una storia, ci permettono di consolidare i ricordi e ci definiscono culturalmente. Il naso dei mammiferi contiene milioni di cellule nervose, ciascuna progettata con uno delle migliaia di specifici recettori chimico-olfattivi (OR) presenti nei nostri geni. Insieme, queste cellule possono riconoscere trilioni di profumi diversi.  "La scelta del recettore olfattivo (OR) fornisce un esempio estremo di competizione allelica per la dominanza trascrizionale, in cui ogni neurone olfattivo trascrive stabilmente uno dei circa 2.000 o più alleli OR", ha spiegato il team dello Zuckerman Institute della Columbia.

Ad esempio, ci sono neuroni sensoriali nel nostro naso che portano recettori sintonizzati unicamente per rilevare l’etil vanillina, l’odore principale della vaniglia, e altre cellule con recettori per il limonene, l’odore caratteristico del limone. Quelle sensazioni, a loro volta, informano molti comportamenti, dalla valutazione delle opzioni alimentari al discernimento degli amici dai nemici fino all’accensione dei ricordi.

Il meccanismo di affinamento dei sensi si svolge interamente entro i confini del nucleo di ciascun neurone olfattivo. Qui, la miriade di geni dei recettori olfattivi di ciascuna cellula in via di sviluppo compete tra loro in un processo che li riduce, per fasi, prima a una manciata di potenziali e poi a un unico vincitore. Il gene prevalente è quello che determina la sensibilità olfattiva della cellula. Nel loro studio appena pubblicato, Lomvardas e il suo team hanno scoperto i dettagli della fase finale di questo processo di selezione genetica.

"È fondamentalmente una battaglia tra 1000 contendenti", ha detto il prima autrice Ariel Pourmorady allo Zuckerman Institute nel laboratorio di Lomvardas. Il meccanismo è estremamente complesso a livello molecolare. Le molecole regolatrici dei geni svolgono ruoli che aumentano o diminuiscono la capacità di ciascun gene di produrre recettori olfattivi. E riunendosi in varie alleanze all’interno del genoma, questi attori molecolari aiutano ad attivare o disattivare geni specifici, per generare infine neuroni sensoriali olfattivi maturi (mOSN). "La scelta del gene OR è mediata da un hub potenziatore multicromosomico che attiva la trascrizione in un singolo OR, seguito da un feedback dipendente dalla traduzione OR che stabilizza questa scelta", ha scritto il team.

Il genoma all'interno del nucleo di una cellula olfattiva è mostrato come un groviglio di cromosomi contrassegnati da colori con le posizioni genomiche dei geni dei recettori olfattivi rivelate sulla destra. "Si scopre che il genoma ha una certa organizzazione spaziale nel nucleo e i cambiamenti in questa struttura sono fondamentali quando si tratta di quali geni vengono espressi in proteine, come i recettori olfattivi", ha detto Pourmorady. “Stiamo imparando quanto sia importante questo processo nella maturazione delle cellule olfattive”.

Nel loro rapporto su Nature i ricercatori hanno raccolto una serie di dati provenienti da studi sui topi che indicano l'RNA come la molecola centrale nel meccanismo di scelta dei geni del sistema olfattivo. L’RNA è meglio riconosciuto come la molecola che traduce il codice genetico incorporato nel DNA in molecole proteiche con compiti cellulari specifici, come il rilevamento degli odori.

Utilizzando tecniche sofisticate per analizzare i cambiamenti nella struttura del genoma man mano che le cellule maturano, i ricercatori hanno anche trovato nuove prove che indicano un secondo ruolo fondamentale per l'RNA. "Sembra che l'RNA prodotto dalla cellula durante l'espressione genetica stia alterando anche l'architettura del genoma in modi che rafforzano l'espressione di un gene del recettore olfattivo e allo stesso tempo disattivano tutti gli altri", ha detto Pourmorady.

E anche se permangono grandi lacune in questa storia del controllo del genoma, i ricercatori affermano che i contorni stanno diventando sempre più definiti. Si inizia con la maturazione delle cellule olfattive, che inizialmente esprimono molti geni recettoriali in quegli hub genomici dove convergono molecole e complessi che regolano i geni.

Fonte | RNA-mediated symmetry breaking enables singular olfactory receptor choice pubblicato su Nature il 20 dicembre;