Más de 400 genes nos ayudan a identificar un olor, ¿cómo lo hacen?

Olfato, fruta, mercado
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Publicado 10/01/2019 8:05:33CET

MADRID, 10 Ene. (EUROPA PRESS) -

La nariz humana puede distinguir un billón de aromas diferentes: una hazaña extraordinaria que requiere 10 millones de células nerviosas especializadas, o neuronas, en la nariz, y una familia de más de 400 genes dedicados. Pero, precisamente, ha desconcertado a los científicos la forma en que estos genes y las neuronas trabajan en conjunto para detectar un olor particular. Esto se debe en gran parte a que la actividad de los genes dentro de cada neurona --donde cada uno de estos 10 millones de neuronas solo elige activar uno de estos cientos de genes dedicados-- parecía demasiado simple para explicar la gran cantidad de aromas que debe analizar la nariz.

Pero ahora, un estudio de la Universidad de Columbia, en Nueva York, Estados Unidos, realizado en ratones ha descubierto un ingenio sorprendente: al reorganizarse en el espacio tridimensional, el genoma coordina la regulación de estos genes en cada neurona, generando así la diversidad biológica necesaria para detectar los olores que experimentamos. Los hallazgos se publican este miércoles en la revista 'Nature'.

"Con el estudio de hoy, hemos identificado un mecanismo genómico mediante el cual un número finito de genes puede ayudar a distinguir un número aparentemente casi infinito de aromas", afirma el autor principal del artículo, Stavros Lomvardas, investigador principal del Instituto Mortimer B. del Cerebro y el Comportamiento de Columbia.

INTERACCIÓN FRECUENTE DE CROMOSOMAS

El olfato es increíblemente complejo. Los receptores en nuestras narices no solo deben identificar un olor, sino también medir cómo de fuerte es, escanear nuestros recuerdos para determinar si se han encontrado antes y determinar si son agradables o tóxicos.

Las neuronas receptoras olfativas, células nerviosas especializadas que serpentean desde la nariz hasta el cerebro, hacen que todo esto sea posible. Y aunque cada neurona contiene el conjunto completo de los 400 genes dedicados a los receptores olfatorios, solo uno de estos genes está activo en cada neurona. El gen que está activo parece elegido al azar, y difiere de neurona a neurona.

Este patrón inusual de actividad génica se conoce como la regla de "un gen por neurona", y ha sido un tema de estudio de científicos como el doctor Lomvardas. De hecho, fue un misterio durante décadas cómo logra cada neurona receptora olfativa activar solo uno de estos genes, y cómo este proceso resulta en un sentido del olfato tan afinado.

"En los ratones, los genes de los receptores olfativos se encuentran dispersos en el genoma en aproximadamente 60 ubicaciones diferentes, en distintos cromosomas que están muy alejados entre sí", apunta el primer autor del artículo, Kevin Monahan, científico investigador postdoctoral en el laboratorio de Lomvardas. Los ratones tienen alrededor de 1.000 genes de receptores olfativos, más del doble que los humanos, lo que es potencialmente indicativo de un sentido del olfato superior.

Tradicionalmente, se ha pensado que los genes ubicados en cromosomas distintos rara vez interactúan entre sí. Al emplear una nueva técnica de secuenciación genómica llamada in situ Hi-C, Lomvardas y su equipo revelaron recientemente que los cromosomas interactuaban con mucha más frecuencia de la esperada.

"In situ Hi-C es revolucionario en gran parte porque nos permite mapear, en 3D, el genoma completo dentro de una célula viva --destaca Adan Horta, doctorado recientemente graduado en el laboratorio de Lomvardas --. Esto nos da una instantánea del genoma en un momento determinado en el tiempo".

Las instantáneas tomadas por los investigadores mostraron grupos de genes de receptores olfativos, ubicados en diferentes cromosomas, que se mueven físicamente hacia cada uno de ellos antes de elegir un gen receptor de olfato. Poco después de que estos genes se agruparan, otro tipo de elemento genético conocido como potenciadores se agrupó en un compartimiento 3D separado. Los potenciadores no son genes en sí mismos, sino que regulan la actividad de los genes.

"Anteriormente, descubrimos un grupo de potenciadores, que denominamos islas griegas, ubicados cerca de varios genes receptores olfativos --señala Horta--. Este trabajo demostró que estos potenciadores crean puntos calientes de actividad para regular el gen del receptor olfativo elegido".

El equipo también encontró que la proteína Ldb1 juega un papel clave en este proceso: mantiene unidas a las islas griegas, lo que les permite activar un gen receptor olfativo específico que, en equipo, interpreta el olor particular a mano. "Estos equipos de genes otorgan al sistema olfativo la capacidad de responder de diversas maneras --dice la doctora Monahan--. La flexibilidad de este proceso podría ayudar a explicar cómo aprendemos fácilmente y recordamos nuevos olores".