日常生活中充滿了各種氣味，令人愉悅的花香、讓人作嘔的腐爛氣味兒… …人們利用鼻子中的氣味受體蛋白接收這些信息。

盡管每天都在使用嗅覺，但人們對(duì)于上述受體是如何檢測(cè)分子并將其轉(zhuǎn)化為氣味的知之甚少。

3月15日，一項(xiàng)發(fā)表于《自然》的研究首次繪制了人類氣味受體的精確3D結(jié)構(gòu)圖，在理解嗅覺之一最神秘的感官方面邁出了一步。

研究人員描述了名為OR51E2的嗅覺受體，并展示了它如何通過啟動(dòng)受體的特定分子相互作用來“識(shí)別”奶酪氣味的。

“這是我們第一次觀察到氣味分子與氣味受體相互作用?！毖芯空撐暮现?、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)舊金山分校藥物化學(xué)家Aashish Manglik說。

人類基因組包含編碼400個(gè)嗅覺受體的基因，這些受體可以檢測(cè)出多種氣味。人們一直在對(duì)神秘的氣味受體進(jìn)行研究。1991年，分子生物學(xué)家Richard Axel和生物學(xué)家Linda Buck首次在大鼠身上發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物氣味受體基因。到20世紀(jì)20年代，研究人員估計(jì)人類的鼻子可以分辨出約1萬種氣味，但2014年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)人類的嗅覺靈敏度遠(yuǎn)超于此——人類可以分辨出超1萬億種氣味。

然而，嗅覺受體與氣味分子并非是一對(duì)一的關(guān)系，嗅覺受體很“專一”，它們只能與一種稱為氣味分子子集相互作用，而一種氣味分子卻可以激活多個(gè)受體。

除此之外，人們并不了解嗅覺受體如何識(shí)別特定氣味并在大腦中編碼不同氣味的。開展相關(guān)研究的一大難點(diǎn)是，在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)哺乳動(dòng)物嗅覺受體蛋白十分困難，它們大多只喜歡待在嗅覺神經(jīng)元中，因此不能通過常用的細(xì)胞系穩(wěn)定培養(yǎng)。

為此，Manglik和同事專注于研究OR51E2受體。該受體的功能不只氣味識(shí)別，因此，它除了存在于嗅覺神經(jīng)元外，腸道、腎臟和前列腺組織也有它的身影。

OR51E2與乙酸鹽何丙酸鹽這兩種氣味分子相互作用，前者聞起來像醋，后者有干酪味。于是，研究人員純化了受體，并使用冷凍電鏡技術(shù)分析了與丙酸鹽結(jié)合前后的OR51E2的結(jié)構(gòu)。他們還使用計(jì)算機(jī)在原子尺度上模擬了蛋白質(zhì)如何與氣味分子相互作用。

他們發(fā)現(xiàn)丙酸鹽通過特定的離子和氫鍵與OR51E2結(jié)合，丙酸鹽的羧酸錨定在受體的結(jié)合袋中的精氨酸上。這種結(jié)合改變了OR51E2的形狀，開啟了受體。

研究人員指出，這種分子相互作用至關(guān)重要，比如影響精氨酸的突變就能阻止OR51E2被丙酸鹽激活。

對(duì)于上述發(fā)現(xiàn)，研究人員并不滿足，因?yàn)镺R51E2受體是I類嗅覺受體，只有約10%的人類嗅覺受體基因編碼這種類型的受體蛋白，其他基因編碼的是II類嗅覺受體，它們通常能識(shí)別更廣泛的氣味。因此II類與I類的分子相互作用機(jī)制可能非常不同，需要更多的人類氣味受體的結(jié)構(gòu)、分子結(jié)合案例幫助探明上述差異。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05798-y

來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)