Nature：再次发现RNA的新功能——一万亿种气味

哺乳动物的鼻子是进化的艺术品。它又数以百万计的神经细胞，每个细胞都有基因组编码的数千种特殊气味化学受体中的一种，总共可以分辨出一万亿种不同的气味。这些感觉反过来又会影响许多行为，从评估食物选择到区分朋友和敌人，再到激发记忆。

近期在《自然》(Nature)杂志上，由哥伦比亚大学祖克曼研究所(Zuckerman Institute)的科学家领导的一个研究小组描述了一种以前未被发现的小鼠机制：以遗传分子RNA为主导，这可以解释哺乳动物鼻子中的每个感觉细胞或神经元是如何被定制来检测特定气味化学物质的。

例如，在我们的鼻子里有感觉神经元，它们承受着独特的感受器，检测香草的主要气味乙基香兰素，而其他细胞有感受器，可以检测柠檬的标志性气味柠檬烯。

哥伦比亚祖克曼研究所Stavros Lomvardas博士说：“鼻子里的感觉细胞如何选择受体一直是嗅觉最令人烦恼的谜团之一，现在，我们嗅觉或嗅觉背后的故事变得越来越清晰，也越来越引人注目。”

他所指的感官精炼过程完全是在每个嗅觉神经元细胞核的微小范围内展开的，细胞核是细胞的染色体和基因所在之处。在那里，就像乌贼游戏一样，赢家通吃，一个发育中的细胞的无数嗅觉受体基因在一个分阶段筛选的过程中相互竞争，首先是少数几个决赛选手，然后是一个获胜者。占主导地位的基因决定了细胞对气味的敏感度。在他们的研究中，Lomvardas博士和他的团队揭示了这个过程最后阶段的细节，也就是获胜者从最终的基因中脱颖而出。

“这基本上是一场1000名竞争者之间的较量，”该论文的第一作者Ariel Pourmorady博士说。

动作极其复杂，涉及令人眼花缭乱的分子角色。各种各样的基因调节分子在提高或降低每个基因产生嗅觉受体的能力方面发挥着作用。通过在基因组中聚集成不同的联盟，这些分子参与者帮助打开或关闭特定的基因。

还有另一组分子中心也参与了战斗，它们以有利于特定受体基因的方式重塑基因组的部分。2014年，当Lomvardas的团队首次在基因组中观察到这些分子时，他将它们称为“Greek Islands”，因为它们让他想起了爱琴海的岛屿。

Pourmorady说:“事实证明，基因组在细胞核中有一定的空间组织，当涉及到哪些基因表达成蛋白质(如嗅觉受体)时，这种结构的变化是至关重要的。我们正在了解这个过程在成熟的嗅觉细胞中有多重要。”

在他们发表在《自然》杂志上的新论文中，研究人员从小鼠研究中收集了大量数据，指出RNA是嗅觉系统基因选择机制中的关键分子。RNA是最著名的中介分子，它将DNA中的遗传密码转化为具有特定细胞功能的蛋白质分子，比如探测气味。然而，研究人员使用复杂的技术来分析细胞成熟时基因组结构的变化，他们说他们的证据指向了RNA的关键的第二个作用。

Pourmorady说:“看起来细胞在基因表达过程中产生的RNA也改变了基因组的结构，从而增强了一种嗅觉受体基因的表达，同时关闭了所有其他的嗅觉受体基因。”

在这个基因组控制的故事中仍然存在很大的差距，但研究人员说大纲变得更加明确了。首先是成熟的嗅觉细胞，它们最初会在基因组中心表达许多受体基因，在这些中心，基因调控分子和复合物（包括希腊岛）会聚集在一起。

然后RNA将竞争的嗅觉受体基因筛选到一个。在每个细胞中，分子星形排列产生最多RNA的特定中心赢得了竞争。在这个中心，受体基因的表达激增。但是，就像一个狡猾的破坏者一样，来自同一枢纽的RNA可能会蜿蜒到所有其他枢纽。在这些位置，RNA会导致基因组的形状变化，从而关闭基因表达。其结果是一个鼻子的成熟嗅觉神经元，每个表面上只有一个气味受体。

Lomvardas博士说:“当我们现在可以观察到单个细胞核内部的分子和基因组细节时，感觉就像是科幻小说一样。我们需要继续研究，解开这个嗅觉谜题的其余部分。”