Esquema del nuevo sistema olfativo descubierto. Imagen: Greer y Bear et al. Fuente: Cell.
El olfato de los mamíferos resulta ser más complejo de lo que pensábamos. En lugar de una familia de receptores dedicada exclusivamente a detectar olores, un estudio con ratones muestra que un grupo de neuronas que rodean el bulbo olfatorio utiliza un mecanismo alternativo para capturar los olores, más parecido al sistema del gusto.
Estas neuronas "collar", como se les llama, utilizan este sistema de detección olfativo recién descubierto para responder a los olores que provocan respuestas instintivas, como las feromonas y el olor de semillas y frutos secos. Los investigadores, de Harvard (Massachusetts, EE.UU.), informan del hallazgo en Cell, de Cell Press.
"Nuestro trabajo sugiere que los mecanismos de los mamíferos relacionados con los olores no son monolíticos en términos de mecanismo o lógica, sino que pueden tomar muchas formas y pueden estar mediados por múltiples tipos de receptores", dice el autor Sandeep Robert Datta, neurobiólogo de la Escuela de Medicina de Harvard, en la nota de prensa de Cell Press recogida por EurekAlert! "Estos hallazgos nos hacen revisar nuestro punto de vista canónico sobre cómo sondean los animales el ambiente químico."
El trabajo ganador del Premio Nobel en 1991 mostró que, en los mamíferos, cada neurona sensorial del sistema olfativo principal expresa un tipo de receptor acoplado a proteína-G (GPCR), que está especializado en detectar un tipo específico de olor. El patrón de actividad de todas las neuronas sensoriales en el sistema olfativo nos permite distinguir entre diferentes olores presentes en el medio ambiente.
Este patrón un-GPCR-por-neurona también existe en el sistema olfativo vomeronasal, que está especializado en el reconocimiento de las feromonas, lo que sugiere una lógica común y general en el procesado de olores.
Sin embargo, un tercer sistema olfativo que consta de neuronas de collar, así llamadas debido al patrón circular único de sus proyecciones en el cerebro, también responde a diversos olores. No estaba claro qué receptores son expresados por estas neuronas y qué papel juegan en la percepción del olor.
En el nuevo estudio, Datta y su equipo descubrieron que las neuronas collar de los ratones no expresan GPCR, a diferencia de todos los otros tipos de neuronas sensoriales olfativas de los mamíferos. Más bien, estas neuronas expresan la clase de proteínas MS4A, que anteriormente no se sabía que jugara un papel en la percepción del olor.
Además, cada neurona collar expresa múltiples tipos de receptores MS4A, en marcado contraste con la regla de un receptor-por-neurona que rige los sistemas olfativos de insectos y otros mamíferos. Estos receptores responden a los ácidos grasos que se encuentran específicamente en los frutos secos y semillas, así como a una feromona que se sabe que provoca repulsión a los ratones.
"Este descubrimiento sugiere fuertemente que el cerebro debe de estar interpretando la información de estos receptores utilizando una estrategia muy diferente a la utilizada por el cerebro para discriminar la mayoría de los olores", dice Datta. "Especulamos -pero no tenemos la evidencia para respaldar esta idea- que los MS4A se utilizan como una especie de sistema de alerta para el cerebro, haciéndole saber que hay algo realmente importante en el mundo, pero no le dice de forma explícita qué es".
Estas neuronas "collar", como se les llama, utilizan este sistema de detección olfativo recién descubierto para responder a los olores que provocan respuestas instintivas, como las feromonas y el olor de semillas y frutos secos. Los investigadores, de Harvard (Massachusetts, EE.UU.), informan del hallazgo en Cell, de Cell Press.
"Nuestro trabajo sugiere que los mecanismos de los mamíferos relacionados con los olores no son monolíticos en términos de mecanismo o lógica, sino que pueden tomar muchas formas y pueden estar mediados por múltiples tipos de receptores", dice el autor Sandeep Robert Datta, neurobiólogo de la Escuela de Medicina de Harvard, en la nota de prensa de Cell Press recogida por EurekAlert! "Estos hallazgos nos hacen revisar nuestro punto de vista canónico sobre cómo sondean los animales el ambiente químico."
El trabajo ganador del Premio Nobel en 1991 mostró que, en los mamíferos, cada neurona sensorial del sistema olfativo principal expresa un tipo de receptor acoplado a proteína-G (GPCR), que está especializado en detectar un tipo específico de olor. El patrón de actividad de todas las neuronas sensoriales en el sistema olfativo nos permite distinguir entre diferentes olores presentes en el medio ambiente.
Este patrón un-GPCR-por-neurona también existe en el sistema olfativo vomeronasal, que está especializado en el reconocimiento de las feromonas, lo que sugiere una lógica común y general en el procesado de olores.
Sin embargo, un tercer sistema olfativo que consta de neuronas de collar, así llamadas debido al patrón circular único de sus proyecciones en el cerebro, también responde a diversos olores. No estaba claro qué receptores son expresados por estas neuronas y qué papel juegan en la percepción del olor.
En el nuevo estudio, Datta y su equipo descubrieron que las neuronas collar de los ratones no expresan GPCR, a diferencia de todos los otros tipos de neuronas sensoriales olfativas de los mamíferos. Más bien, estas neuronas expresan la clase de proteínas MS4A, que anteriormente no se sabía que jugara un papel en la percepción del olor.
Además, cada neurona collar expresa múltiples tipos de receptores MS4A, en marcado contraste con la regla de un receptor-por-neurona que rige los sistemas olfativos de insectos y otros mamíferos. Estos receptores responden a los ácidos grasos que se encuentran específicamente en los frutos secos y semillas, así como a una feromona que se sabe que provoca repulsión a los ratones.
"Este descubrimiento sugiere fuertemente que el cerebro debe de estar interpretando la información de estos receptores utilizando una estrategia muy diferente a la utilizada por el cerebro para discriminar la mayoría de los olores", dice Datta. "Especulamos -pero no tenemos la evidencia para respaldar esta idea- que los MS4A se utilizan como una especie de sistema de alerta para el cerebro, haciéndole saber que hay algo realmente importante en el mundo, pero no le dice de forma explícita qué es".
El nuevo sistema olfativo se parece más al sistema del gusto. Imagen: Laboratorio de Datta. Fuente: Cell.
Genes MS4A
Analizando las diferencias entre los genes MS4A de varias especies de mamíferos, los investigadores encontraron que la evolución de estos genes precedió a la llegada de los receptores para el gusto y las feromonas.
"El hecho de que los MS4A se hayan conservado durante por lo menos 400 millones de años sugiere que estos receptores juegan un papel crucial para que los animales interactúen con el medio ambiente olfativo", dice Datta.
En los seres humanos, los receptores de MS4A se habían encontrado previamente en los intestinos, las células pulmonares, e incluso las células del esperma. Basándose en el patrón de expresión de los receptores de MS4A en diferentes tejidos, y el tipo de olores que detectan, Datta sospecha que las moléculas MS4A representan un mecanismo antiguo para detectar en el entorno moléculas pequeñas sobresalientes etológicamente (a nivel del comportamiento). "Es posible que esta sea la función principal de los MS4A en las distintas especies, y que la función olfatoria de los MS4A en realidad haya evolucionado más recientemente", dice Datta.
Por ahora, no está claro si los MS4A en los seres humanos sirven como receptores del olor. En estudios futuros, Datta y su equipo van a examinar si las proteínas MS4A actúan como receptor de olor primordial en todas las especies. "Esto sería muy interesante, ya que sugeriría que muchos animales tienen una especie de nariz oculta que ignorábamos, enterrada dentro de su sistema olfativo principal", dice Datta.
Debido a que las proteínas MS4A se expresan en muchas células del cuerpo, los investigadores también analizarán si detectan las señales que generan el propio organismo. "Si es así, esto sugeriría que una de las razones de que los MS4A están tan extendidos en toda la evolución es que por lo general son muy adecuados para la detección de moléculas pequeñas en el entorno, independientemente de si ese entorno es el mundo externo o interno", dice Datta.
Analizando las diferencias entre los genes MS4A de varias especies de mamíferos, los investigadores encontraron que la evolución de estos genes precedió a la llegada de los receptores para el gusto y las feromonas.
"El hecho de que los MS4A se hayan conservado durante por lo menos 400 millones de años sugiere que estos receptores juegan un papel crucial para que los animales interactúen con el medio ambiente olfativo", dice Datta.
En los seres humanos, los receptores de MS4A se habían encontrado previamente en los intestinos, las células pulmonares, e incluso las células del esperma. Basándose en el patrón de expresión de los receptores de MS4A en diferentes tejidos, y el tipo de olores que detectan, Datta sospecha que las moléculas MS4A representan un mecanismo antiguo para detectar en el entorno moléculas pequeñas sobresalientes etológicamente (a nivel del comportamiento). "Es posible que esta sea la función principal de los MS4A en las distintas especies, y que la función olfatoria de los MS4A en realidad haya evolucionado más recientemente", dice Datta.
Por ahora, no está claro si los MS4A en los seres humanos sirven como receptores del olor. En estudios futuros, Datta y su equipo van a examinar si las proteínas MS4A actúan como receptor de olor primordial en todas las especies. "Esto sería muy interesante, ya que sugeriría que muchos animales tienen una especie de nariz oculta que ignorábamos, enterrada dentro de su sistema olfativo principal", dice Datta.
Debido a que las proteínas MS4A se expresan en muchas células del cuerpo, los investigadores también analizarán si detectan las señales que generan el propio organismo. "Si es así, esto sugeriría que una de las razones de que los MS4A están tan extendidos en toda la evolución es que por lo general son muy adecuados para la detección de moléculas pequeñas en el entorno, independientemente de si ese entorno es el mundo externo o interno", dice Datta.
Referencia bibliográfica:
Greer and Bear et al.: A Family of non-GPCR Chemosensors Defines an Alternative Logic for Mammalian Olfaction. Cell (2016) DOI: 10.1016/j.cell.2016.05.001.
Greer and Bear et al.: A Family of non-GPCR Chemosensors Defines an Alternative Logic for Mammalian Olfaction. Cell (2016) DOI: 10.1016/j.cell.2016.05.001.