Araştırmacılar, kokunun sinirsel kartografisine dair içgörü sunuyor

Görünmeyeni görünür kılmak, bilim insanlarının en sevdiği zorluklardan biridir.

Deniz yaratığı benzeri görüntüler, bir gülün aroması veya çürük bir yumurtanın kokusu gibi başka türlü görünmez kokuları anlamlandıran beyin hücrelerinin mikroskobik portreleridir. Zarif kırmızı ve yeşil çizgiler, bir fare beyninin koku merkezindeki hücreleri ortaya çıkarır: koku alma ampulü. Koku ampulü, glomerül adı verilen yüzlerce, hatta binlerce ayrılmış küme halinde düzenlenmiştir ve her glomerül, havada yüzen binlerce koku kimyasalına özel bir şekilde yanıt verir. Yukarıdaki görüntü, burundaki duyu hücrelerinden gelen sinyal taşıyan projeksiyonların (aksonlar) birleştiği tek bir glomerulusu göstermektedir.

Her glomerül, bir hayvanın burnunda rastgele dağılan, ancak hepsi kokuyu aynı şekilde algılamak için ayarlanmış olan kendi koku alma nöronları alt kümesinden sinyaller alır. 1990’lardan bu yana, araştırmacılar, koku alma nöronlarının bu alt gruplarının her birinin, özel olarak farklı bir koku molekülüne kilitlenen benzersiz şekilli bir reseptör proteini (rastgele gen tabanlı bir süreç sayesinde) taşıdığını biliyorlardı.

Ve bu, oldukça sinirbilimsel bir gizemi ortaya koyuyor: Burundaki rastgele yerleştirilmiş, koku algılayıcı hücrelerin her biri, koku soğanı içindeki yalnızca belirli bir glomerulusa sinyal göndermeyi nasıl başarabilir? Bu başarı, diyelim ki, bir şehirde rastgele yerlerde ayrılan 50 arkadaşın, başlangıçta adreslerini bilmeden aynı daireye gitmelerine benzer. Her nasılsa doğal olarak nereye gideceklerini biliyorlar.

Koku alma sisteminin kablolama hassasiyetini nasıl elde ettiğine dair önemli bir fikir elde gibi görünüyor. Bugün yayınlanan bir çalışmada Hücre, Zuckerman Enstitüsü Baş Araştırmacısı Stavros Lomvardas, Ph.D. ve MD-Ph.D. Aday Hani Shayya, farelerde burnun duyu hücreleri ile beynin koku soğancığındaki glomerül hedefleri arasındaki merkezi düzenleme süreci olduğundan şüphelenilen bir takıma liderlik etti.

Keşiflerinin kalbi, hücrenin endoplazmik retikulum (ER) olarak bilinen boru şeklindeki bir bileşeni içinde benzersiz 3D formunu aldığı için her bir reseptör proteininin şeklinde bulunur. Her proteinin şekli, amino asit bileşenlerinin benzersiz dizisiyle belirlenir.

Araştırmacıların bulduğu bu amino asit dizilerinin her biri, ER üzerinde ölçülebilir bir stres derecesi uygular (çeşitli nesneleri bir çorabın içine doldurduğunuzu hayal edin). Henüz bilinmeyen şekillerde, bu farklı ER stresi dereceleri bir kadran ayarı gibi davranır.

Her ayar, duyu hücrelerinin aksonlarını (“kılavuz moleküllerin” desenleri yoluyla) koku soğancığı içindeki hedef glomerüllerine etkin bir şekilde yönlendirdiği, gene yönelik bir süreci tetikler. Bu şekilde, aynı şekilli reseptör proteinine sahip duyu hücrelerinin her bir alt kümesi, aksonlarını aynı glomerulusa yansıtır. Bu tür bir reseptör-glomerül haritası olmadan, bir gül çürük yumurta gibi kokabilir ve bunun tersi de geçerli olabilir.

Columbia’daki Vagelos College of Physicians and Surgeons’da nörobilim, biyokimya ve moleküler biyofizik profesörü olan Dr. Lomvardas, “Bu akıllara durgunluk veriyor” dedi. “Bu sistem, rasgele seçilmiş reseptör kimliğini koku ampulündeki çok kesin bir hedefe dönüştürmek için genetik olarak kodlanmış, kablolu bir araç yaratmanın bir yolunu buldu.”

Alzheimer ve Parkinson dahil olmak üzere nörodejeneratif hastalıkların, genellikle hastalık sürecinin başlarında koku alma kusurları içerdiğine dikkat çekti. Bu, koku alma sisteminin yüksek hassasiyetli kablolamasındaki bozulmaların erken tespitinin “klinik olarak önemli” olabileceğini söyledi.

Shayya başka bir cesaret verici olasılığa işaret etti. Belki de koku alma nöronları, ER stresinin alt nöronlarla olan bağlantılarını düzenleme biçiminde yalnız değildir. Shayya, “Bütün nöronların bunu yaptığı ortaya çıkarsa, bu keşif beyin hakkında çok daha fazla şey anlamamıza yardımcı olabilir” dedi.

---