ствующей пахучей молекулой (лигандом). Установлена
важная роль отдельных нуклеотидных остатков во внут-
риклеточных петлях и С-терминальном домене ОР.
В этой связи мотив DRY, расположенный на цитоплаз-
матическом конце домена ТМЗ, по-видимому, сущест-
венен для активации G-белка. Мутации внутри этого
мотива вызывают или постоянную активность или
устраняют связывание G-белка [22]. Известно, что
G-белок Ga_olf играет главную роль в процессе хими-
ко-электрической трансдукции [4]: активированные
одорантом ОР передают сигнал посредством Ga₀if, кото-
рый стимулирует adenylyl cyclase type III (ACIII), это ве-
дет к подъему уровня цАМФ у позвоночных и стимуля-
ции 1Р₃ у насекомых [51]. Повышение уровня цАМФ от-
крывает управляемые циклическими нуклеотидами
CNG (cyclic-nucleotide-gated) канальцы в плазматиче-
ской мембране нейронов. Перенос внутрь токов ионов
Na⁺ и Са²⁺, вместе с Са²⁺-активированным током и
ионов С1~, деполяризует нейрон. Деполяризация пас-
сивно распространяется по дендриту и телу обонятель-
ного нейрона, запуская потенциал действия, который
передается вдоль аксона в обонятельную луковицу и ре-
ализуется секрецией нейротрансмиттера глютамата.
Так, культивируемые нейроны из предшественников
обонятельного эпителия после дифференцировки реа-
гируют на стимуляцию посредством forskolin (стимуля-
тора цАМФ пути) повышением внутриклеточной кон-
центрации кальция почти в 10 раз [74].

Вызываемый запахом синаптический сигнал от ОСН
в гломерулах обонятельных луковиц ослабляется при
повышении передачи сигналов серотонина посредством
серотониновых рецепторов (5-НТ2С) и усиливается при
снижении активности серотонина. Обычно усиление
активности серотониновых рецепторов усиливает вызы-
ваемую запахом активность в субнаборе юкстагломелу-
ряных клеток вокруг гломерул, а те ослабляют высво-
бождение глютамата (синаптического сигнала) с окон-
чаний ОСН посредством ингибирования gamma-amino-
butyric acid (САВА)-В-рецепторов в ОСН [47]. Актива-
ция GABA-B рецепторов, экспрессируемых ОСН, с по-
мощью высвобождающих GABA юкстагломерулярных
клеток является физиологическим способом ограниче-
ния роста ОСН после их вступления в обонятельные лу-
ковицы [49].

Реакции одорант -рецепторов (ОР)

Итак, молекулярными детекторами запахов являют-
ся специфические рецепторы, концентрирующиеся на
поверхности ресничек обонятельных нейронов. Воспри-
ятие запахов обеспечивает очень большое семейство ре-
цспторных белков, G protein coupled receptors (GPCRs),
которые у мышей кодируются приблизительно 1300 раз-
ными генами [8, 75].OR-гены имеют довольно необыч-
ную структуру, так как их кодирующая область лишена
интронов. Выше- и нижестоящие некодирующие экзо-
ны коротки, так же как и соответствующие интроны.

Слияние G-белка с N-концом разных GPCR способст-
вует собственно экспрессии и локализации белка ОР в
плазматической мембране ОСН. Предполагаемые ами-
нокислотные последовательности этих ОР обладают
определенными общими мотивами, но идентичность
аминокислот среди ОР в целом составляет только 37%, а
самое низкое сходство — 18% [76]. Изменчивость после-
довательностей между генами ОР по гипотетическим
сайтам связывания одоранта (ТМЗ, ТМ5 и ТМ6 карман)
[25] облегчает распознавание разнообразных лигандов
одорантов.

При изучения реакции ОР на запахи было установ-
лено, что ОР17 способен активироваться с помощью хи-
мических веществ octanal и heptanal, но не альдегидами
с более короткой цепью. Последующие структур-
но-функциональные исследования выявили спектр одо-
рантов, которые могут активировать этот рецептор.
Дальнейший подход к идентификации рецепторов, спо-
собных отвечать на определенные одоранты, связан с
молекулярным клонированием генов OR, экспрессиру-
ющихся на диссоциированных обонятельных нейронах
в ответ на определенные пахучие стимулы [5, 37].

Общие характеристики экспрессии генов ORs

Хромосома 11 человека, хотя и имеет средние разме-
ры, является одной из наиболее богатых генами в гено-
ме человека. Было продемонстрировано, что она содер-
жит 1524 белоккодирующих генов и 765 псевдогенов.
Так как сохраняется существенная пропорция псевдоге-
нов OR, то можно предположить, что они, возможно,
коэкспрессируются с функциональными генами OR.
Относительно экспрессии псевдогенов OR известно, что
из 212 псевдогенов OR человека, анализируемых в мик-
ромассивах 142 (67%), экспрессировались в обонятель-
ном эпителии [24], но уровни их экспрессии ниже, чем
интактныхOR-генов. Считается, что экспрессируемые
нейронами псевдогены должны, в конечном итоге, за-
мещаться на экспрессию функционального гена. Если
этого не происходит, то нейрон не будет экспрессиро-
вать функциональный ген и таким образом не будет
вносить вклад в восприятие запаха. Согласно альтерна-
тивной модели, нейроны, экспрессирующие только не-
функциональный Oif-ген, не будут проникать в обоня-
тельную луковицу, никогда не достигнут созревания и
удалятся [42].

Из 856 генов ОР в геноме человека 43% (369) нахо-
дятся в 28 одиночных и мультигенных кластерах вдоль
этой хромосомы. Большой группой исследователей [65]
проанализировано 134,5 млн п.н., представляющих
99,8% эухроматических последовательностей ОР. Из
369 локусов OR в хромосоме 11, 166 (45%) являются бе-
локкодирующими, а остальные 203 (55%) являются
псевдогенами. Отмечается очень заметное ускорение
эволюционного процесса по уменьшению белоккодиру-
ющихOR-генов вследствие образования псевдогенов в
результате внесения в рамку считывания стоп-кодонов в

ветви приматов [19]. Все, кроме 10OR-генов в хромосо-
ме 11, расположены в 18 кластерах, наибольший из них
содержит 97 генов в пределах 1,5 млн п.н. Гены OR в
хромосоме 11 подразделены на 13 разных семейств (у
которых между собой более 40% идентичных последова-
тельностей). Области генов OR хромосомы 11 человека
обычно богаты повторами L1, бедны повторами Alu,
островками CpG (цитозин и гуанин, разделенные фос-
фатом) и прогнозируемыми точками старта транскрип-
ции. Гены функциональных обонятельных рецепторов
распределены случайно внутри кластеровOR-генов.

Гены OR описанных выше 13 семейств подразделены
на 2 класса. Класс I известен как обонятельные рецепто-
ры для водорастворимых лигандов, и большинство их
принадлежит одному крупному кластеру в геноме мле-
копитающих. В геноме человека все гены OR класса I
находятся в трех тесно расположенных кластерах субте-
ломерной области хромосомы lip, занимая от 4,1 до
6,2 млн п.н. Приблизительно 50% (54 из 103) этих генов
интактны у человека. Область класса I прерывается не-
многими генами, включая кластер beta-глобиновых ге-
нов и кластер tripartite motif (TRIM) генов. Наиболее зна-
чительный кластер класса II расположен вокруг центро-
меры хромосомы 11 человека. Соответствующие класте-
ры в геноме мышей, крыс и собак также самые большие
и представлены многими семействами генов OR.

Обонятельный эпителий млекопитающих содержит
высокогетерогенную и постоянно обновляющуюся по-
пуляцию нейронов и нейрональных предшественников.
Изучение экспрессии почти всех предполагаемых
ОЛ-генов у мышей, используя микромассивы ДНК |76],
показало, что большинство (-80%) предполагаемых
ОЛ-генов мышей экспрессируется в обонятельном эпи-
телии, но были найдены и субнаборыOR-генов, эксп-
рессирующихся лишь в тканях, не связанных с обоня-
нием [16]. В другой работе [75] также было подтвержде-
но, что огромное большинство — 437 (76%) — прогнози-
руемыхOR-генов человека в самом деле экспрессируют-
ся в обонятельном эпителии. Сходные результаты полу-
чены и по экспрессииOR-псевдогенов.

Установлено, что 32OR-гена экспрессируются экто-
пически не в обонятельном эпителии. Было предполо-
жено, что они, возможно, играют роль в хемотаксисе
спермиев [62], но оказалось [75], что тканями с наи-
большими количествами эктопически экспрессируемых
ОЛ-генов в действительности являются легкие и сердце.
Обнаруживаются они и в простате. По крайней мере,
один из членов почечного репертуараOR-генов эксп-
рессируется в линии клеток, происходящих из macula
densa (MD) (области плотно упакованных специализи-
рованных клеток, выстилающих стенку дистального ка-
нальца нефрона) почек. Следовательно, ключевые ком-
поненты обоняния экспрессируются в дистальных час-
тях почечных нефронов и могут играть сенсорную роль
в MD, чтобы модулировать как секрецию ренина, так и
скорость гломерулярной фильтрации [48]. Считается,

что, возможно, OR, экспрессируемые в гетерологиче-
ских клетках, лишены одного или более критических
компонентов, присутствующих в нативных клетках и
необходимых для соответствующей локализации. С дру-
гой стороны, показано, что ОР могут гетеродимеризо-
ваться со специфическими GPCRs-рецепторами, не от-
носящимися к классу ОР. Некоторые из этих взаимо-
действий между рецепторами могут влиять на специ-
фичность связи G-белка с ОР. Кроме того, ОР обладают
также способностью гомодимеризоваться и гетеродиме-
ризоваться с другими ОР [16]. Подобные взаимодейст-
вия могут существенно влиять на функцию ОР. В ре-
зультате, некоторые гены OR могут эффективно эксп-
рессироваться в гетерологических клетках. Сравнение
между человеком, шимпанзе, мышами показало, что
профили эктопической экспрессии индивидуальных ге-
нов OR не законсервированы между видами. Хотя нель-
зя исключить возможность, что подобный субнабор ге-
нов OR обладает дополнительными функциями, но в це-
лом результаты подчеркивают случайную экспрессию
большого числаOR-генов млекопитающих в необоня-
тельных тканях.

Характер экспрессии OR-генов

В обонятельном эпителии грызунов каждый из зре-
лых обонятельных нейронов экспрессирует один ген OR
из огромного семейства почти в 1000 генов. Нейроны,
экспрессирующие индивидуальныеOR-гены, не рас-
пределяются униформно в сенсорном эпителии. Каж-
дый рецептор компартментализован в одной из четырех
зон экспрессии, организованных вдоль дорсо-вентраль-
ной оси обонятельного эпителия мышей. Выясняется
довольно сложный паттерн оккупации субсемействами
рецепторов характерных доменов, которые частично
или полностью перекрываются с другими доменами.
Обонятельный эпителий выглядит организованным в
крупные домены экспрессии рецепторов, но нейроны,
экспрессирующие один и тот же рецепторный транс-
крипт, по-видимому, случайно разбросаны внутри од-
ной из четырех широких зон обонятельного эпителия у
мышей и крыс [23, 40, 66]. Помимо существования
дорсо-вентрального паттерна экспрессии рецепторов в
четырех зонах обонятельного эпителияOR-гены отли-
чаются по началу и кинетике экспрессии и экспрессиру-
ются в варьирующем числе ОСН, поэтому мозаицизм и
динамика их экспрессии в обонятельном эпителии мо-
гут быть чрезвычайно сложными. Должен существовать
сложный механизм пространственной организации
ОСН в обонятельном эпителии. Как же контролируется
экспрессияOR-генов?

Установлено, что последовательности ДНК в не-
сколько т.п.н. выше места старта транскрипции генов
OR оказались достаточными для управления стохастиче-
ским, зона-ограниченным паттерном экспрессии, генов
OR в обонятельном эпителии. Промоторные области,
самое малое в 500 п.н., поддерживают большинство ас-

ISSN 2073-7998

НАУЧНЫЕ ОБЗОРЫ

пектов подобной регулируемой пространственной эксп-
рессии разных генов OR. Интересно, что О/Е-сайты
связывания контролирующих факторов были иденти-
фицированы в промоторах многих генов OR, а значит,
они могут представлять собой общий цис-элемент для
многих OR, существенный для экспрессии рецептора.
В одном рецепторном локусе последовательность ДНК
в 80 т.п.н. выше гена OR оказалась необходимой для
экспрессии всех рецепторов геномного кластера [33].
Эта регуляторная последовательность законсервирована
у людей и мышей.

Выбор обонятельными нейронами одного OR-гена

Ключевым свойством обонятельной системы млеко-
питающих является то, что каждый обонятельный ней-
рон экспрессирует только один из 2600 потенциальных
аллелей OR [10, 35]. Это обеспечивает избирательность
восприятия запаха нейроном и маркирует его характер-
ные особенности в виде единственного белка ОР. Воз-
никает несколько вопросов: во-первых, как при нали-
чии большого количества обонятельных псевдогенов
выбирается один функциональный ген; во-вторых, как
из огромного количества функциональных генов OR
выбирается один; и, наконец, как из двух аллелей такого
гена поддерживается активность только одного.

Ответом на первый вопрос служат некоторые иссле-
дования, изучающие экспрессию псевдогенов OR с раз-
ными мутациями, все такие псевдогены не ведут к
трансляции в нейроне ОР полной длины [15, 32, 59]. Од-
нако такого типаOR-псевдоген может коэкспрессиро-
ваться с функциональнымOR-геном в обонятельном
нейроне. Было установлено, что обычно происходит пе-
реключение экспрессии гена OR, хотя и с очень низкой
частотой в незрелых обонятельных нейронах, но оно
драматически усиливается, когда нейрон выбирает не-
способный к трансляции мутантный OR- или псевдоген
[60]. Если первоначально выбираетсяOR-псевдоген для
экспрессии, то генерация функционального ОСН га-
рантируется переключением экспрессии на другой
ОЛ-ген. Поэтому было предположено [32, 59, 60], что
необходим белок ОР полной длины для инициации ре-
гуляторной петли обратной связи, подавляющей осталь-
ные гены, это гарантирует, что каждый обонятельный
нейрон будет экспрессировать одиночный функцио-
нальныйOR-ген скорее, чемOR-псевдогеч [75].

В поисках ответа на второй вопрос, во-первых, бы-
ло установлено, что короткая последовательность ДНК
выше стартовой точки транскрипцииOR-гена обладает
способностью управлять экспрессией ORs- и репортер-
ных генов в обонятельных нейронах [50, 68]. Во-вто-
рых, экспрессия одного гена OR предупреждает актива-
цию других эндогенных (?Л-генов, используя механизм
зависимой от ОР-белка петли обратной связи [32, 59,
60]. Было предположено, что трансактивирующий эле-
мент (Н), последовательность, располагающаяся на
75 т.п.н. выше кластераOR-генов на мышиной хромо-

соме 14, названная «Я»- (human) регионом из-за своей
гомологии со сходной последовательностью в геноме
человека, возможно, может участвовать в инициации
экспрессии только одногоOR-гена [59]. Было обнару-
жено, что этот элемент Я может работать в цис-поло-
жении, чтобы активировать любой один (и только один
в данное время) из группы нижестоящих генов OR [18,
58, 59]. Показано, что только одиночный OR экспрес-
сируется на клетку с Я-регионсодержащего YAC участ-
ка, несущего кластерOR-генов. //-регион обладает ха-
рактеристиками энхансера: перемещение его в тесную
близость к О/?-гену увеличивало количество клеток,
экспрессирующих этот ген [59]. Удивительно, в гене
обонятельного рецептора этот же самый элемент ассо-
циировал с хромосомным комплексом активно эксп-
рессируемогоOR-аллеля, даже если 0/?-ген находился
в другом месте генома. Эти результаты привели к пред-
положению, что Я-элемент может действовать и в
транс-положении, чтобы вызвать экспрессию лишь
одиночного OR-гена на нейрон [33].

Было предположено, что для экспрессии О/?-гена
используется предполагаемый энхансерный Я-элемент,
который может активировать все OR- гены, но взаимо-
действует только с одним из них — выбор происходит
случайно — в каждой клетке. Если Я-энхансер является
транс-действующим активатором для OR-генов, то он
должен контактировать с промотором определенного
OR-гена в клетках, который экспрессирует соответству-
ющий кодируемый рецептор. Авторы [33, 59] подтвер-
дили, использовав зонды FISH, специфичные для Я-эн-
хансера иOR-промоторов, что Я-энхансер взаимодейст-
вует специфически с активно транскрибируемым алле-
лем OR.

Как же экспрессия одиночного рецепторного гена
гарантируется, когда две аллельные копии Я-энхансера
присутствуют в геноме? Авторы показали, что Я-аллели
метилируются по СрА-динуклеотидам только в обоня-
тельных нейронах. Хотя функциональные эффекты та-
кого типа модификаций пока неясны, но такое метили-
рование может служить средством, с помощью которого
эти нейроны инактивируют один из аллелей Я-энхансе-
ра в каждой клетке. Альтернативная модель утверждает,
что как только OR-ген активируется одним из аллелей
Я, то с помощью механизма негативной петли обратной
связи предупреждается активация экспрессии второго
ОЛ-аллеля. Возможно также, что оба механизма опери-
руют, чтобы гарантировать четкую регуляцию аллель-
ной экспрессии OR. Определяли эффект введения до-
полнительных копий Я-энхансера, оценивая активацию
O/f-псевдогенов — которые потеряли свою способность
кодировать белок [33]. Как и предполагалось, мыши,
несущие дополнительную трансгенную копию Я-энхан-
сера, обнаруживали коэкспрессию OR-гена и OR псев-
догена, подтверждая тем самым важность активации
лишь одиночного H-аллеля для активации одиночного
0R-гена.

6

МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА. 2011. №3

Однако ситуация усложняется, поскольку в работе
Alexander с соавторами [2] было высказано предположе-
ние, что аллели ОР могут различаться в результате эпи-
генетических модификаций, обусловленных геном emb-
ryonic ectoderm development (Eed) из группы Polycomb. Два
разных состояния аллелей различаются при FISH. Этот
феномен был обозначен как singlet/doublet сигналы не-
зависимой асинхронной репликации ДНК (SIAR). Было
установлено, что феномен SIAR является генеральной
характеристикой случайно экспрессируемых моноалле-
льных генов в ES-клетках. Становление SIAR зависит от
Polycomb Group белка Eed. Более того, Eed также необ-
ходим для асинхронной репликации случайных моноал-
лельных генов в дифференцированных клетках. Эти ре-
зультаты указывают на то, что общий механизм, исполь-
зуемый для модификаций хроматина, лежит в основе
как инактивации Х-хромосомы, так и аутосомной слу-
чайной моноаллельной экспрессии.

Однако последующие исследования показали, что
генетическое устранение //-региона приводит к потере
экспрессии только наиболее проксимальныхOR-генов
в соседнем кластереOR-генов на хромосоме 14, с нор-
мальной экспрессией более дистальных генов кластера,
а также генов на других хромосомах [18]. Так что Н-ре-
гион не является существенным для большинства генов
OR, а скорее функционирует в цис-положении и ско-
рее всего подобно региону locus control region (LCR)
для кластера глобиновых генов [18, 58, 59]. Поэтому
было предположено, что должно существовать множе-
ство таких LCR-подобных элементов в геноме [18, 57].
В другой работе [45] описывается последовательность
homology (Н), законсервированная у мышей и людей,
которая регулирует ген OR, MOR28, у трансгенных мы-
шей. Стержневая последовательность Н оказалась со-
ответствующей 124 п.н. у эмбрионов рыбок данио.
Трансгенные эксперименты на мышах продемонстри-
ровали, что стержневая Н-последовательность доста-
точна для обеспечения экспрессии минигена MOR28.
Делеционный и мутационный анализ стержневой
Н-области выявил две гомеодоменовые последователь-
ности, важные для активности Н-последовательности.
Целенаправленная делеция стержневой части Н устра-
няла экспрессию в кластере только трех проксималь-
ных из семи <OR-генов, MOR28, MORIO и MOR83, в
цис-положении, указывая тем самым на присутствие
другого LCR/энхансера в нижестоящей области, кото-
рый регулирует экспрессию остальных четырех диста-
льных ОR-генов в том же MOR28-кластере. У гетерози-
готных мышей Н-фенотип мутантного аллеля не устра-
нялся аллелем дикого типа Н⁺ в транс-положении.
Следовательно, речь идет скорее всего о существова-
нии множественных энхансерных последовательно-
стей, действующих в цис-положении и о том, что после
активации определенного гена OR необходимо подав-
ление всех других цис-действующих энхансерных по-
следовательностей генома.

Если существует иерархия множественных энхансер-
ных последовательностей, то можно предположить, что
Н-энхансер [33] активирует не непосредственно тот или
иной OR-тен, а Н-энхансерную последовательность бо-
лее низкого порядка [45], действующую в цис-положе-
нии в LCR/энхансерной области, ответственную за вы-
бор уже определенного OR-гена. Так ли это на самом де-
ле, покажут будущие исследования.

Наконец, ответ на третий вопрос, собственно уже
прозвучал: активированный 0/?-ген продуцирует белок,
который с помощью механизма петли обратной связи
подавляет соответствующий другой аллель и остальные
0R-гены, скорее всего подавляя активность соответст-
вующих энхансеров. Nguyen с соавторами [44], исполь-
зуя трансгенную схему Tet transactivator (ТТА) под конт-
ролем эндогенного OR-промотора, пришли к заключе-
нию, что при моноаллельной экспрессии OR-гена су-
прессия другого аллеля обеспечивается самой последо-
вательностью OR-гена. Так, экспрессия эндогенного
ОR-гена предупреждала экспрессию трансгенных
0/?-генов, даже если они управлялись полностью нерод-
ственными регуляторными последовательностями.
Предполагается, что короткие (~1 т.п.н.) высоковариа-
бельные кодирующие последовательности OR сами по
себе [15, 16] достаточны, чтобы пометить трансген как
OR-локус и сделать его одной из мишеней для ингиби-
рования петлёй обратной связи.

У мышей и крыс каждый обонятельный нейрон
проецирует одиночный неветвящийся аксон в одиноч-
ный клубочек (glomerulus). Обонятельные нейроны,
которые экспрессируют данный OR-ген, отсылают
конвергентные аксональные проекции в небольшую
область внутри медиальных и латеральных половин
каждой луковицы. Внутри каждой полулуковицы аксо-
ны соединяются обычно в одиночный гомогенный клу-
бочек (гломерулу) у взрослых мышей. Считается, что
комбинация активированных в данный момент клубоч-
ков и кодирует качество запаха [3,9]. Пока неизвестно,
все ли 1600—1800 клубочков во взрослой обонятельной
луковице [52, 64] действительно иннервируются гомо-
генно посредством обонятельных нейронов, которые
экспрессируют один и тот же OR-тен. Многочисленные
аргументы подтверждают предположение, что иннер-
вация некоторых взрослых клубочков является гетеро-
генной. При наличии 1000—1200 интактных OR-генов
и двух или более гомогенных клубочков с одним OR на
луковицу наблюдаемый дефицит клубочков можно
объяснить тем, что некоторые клубочки иннервируют-
ся совместно разными популяциями обонятельных
нейронов, которые экспрессируют разные, в общем-то
очень сходные Ш?-гены. Установлено, что имеется
обычно два клубочка с одним и тем же ОЯ-геном на лу-
ковицу. Исключение составляют mOR37 гены, для ко-
торых имеется по одному клубочку на луковицу. Обо-
нятельные нейроны имеют определенную продолжите-
льность жизни и погибают, как это происходит и с дру-

ISSN 2073-7998

НАУЧНЫЕ ОБЗОРЫ

гими клетками эпителия. Вновь появившиеся обоняте-
льные нейроны проецируют новые аксоны в ту же лу-
ковицу. В течение жизни организма индивидуальные
аксоны должны, таким образом, сообразовываться с
уже установленным паттерном полностью сформиро-
ванных клубочков.

Предполагается, что помимо экспрессии 0Р- и
ОР-гомофильного притяжения дополнительные по-
верхностные белки должны обеспечивать притягива-
ющие и отталкивающие сигналы, чтобы создавать не-
обходимые условия для миграции ОСН и иннервации
луковиц [1, 11]. Установлено, что карты расположе-
ния гломерул в обонятельных луковицах, в целом, до-
вольно стабильны, их сходство обнаруживается даже
между мышами и крысами. При этом они не являются
гомотопными, т.е. гломерулы, содержащие ОСН с од-
ним и тем же ОР и воспринимающие один и тот же за-
пах, не образуют пространственных кластеров, а пере-
мешаны [61). Авторы полагают, что это обеспечивает
большую остроту восприятия запаха из-за процесса
латеральной ингибиции, обеспечиваемой интерней-
ронами.

Инициация проекций аксонов из эпителия в луко-
вицы в раннем развитии может использовать специаль-
ные ОР-зависимые взаимодействия. MOR256-17 эксп-
рессируется большой фракцией клеток обонятельного
эпителия на ст. Е10-Е12 [55]. MOR256-17 экспрессиру-
ется также клетками в ситовидной мезенхиме, которая
расположена между эпителием и будущей луковицей.
Эти клетки обладают общими признаками с ОСН, но
не являются типичными нейронами. Около 50% этих
клеток в мезенхиме экспрессирует MOR256-17. Неко-
торые из клеток MOR256-17⁺ в мезенхиме располага-
ются стратегически там, где ОСН соединяются вместе
и образуют пучок. Эти наблюдения позволяют выска-
зать предположение, что MOR256-17⁺ мезенхимные
клетки могут осуществлять общее наведение аксонов
от эпителия к луковицам во время раннего развития;
вообще-то известны некоторые другие гены OR с по-
добной функцией.

Как может самосортировка обеспечивать паттерн
1600—1800 клубочков в обонятельных луковицах в пози-
циях, которые характерны, но, тем не менее, не стерео-
типированы? Временной контроль может вносить кри-
тический вклад в воспроизводимость паттерна клубоч-
ков. Так, наведение аксонов может быть строго детер-
минировано их асинхронным развитием [41]. Рано воз-
никшие и рано прибывшие аксоны для данного ОР дол-
жны самосортироваться и соединяться в один или более
прото-клубочков приблизительно в первой доступной
позиции, внутри домена луковиц. Аксоны, достигаю-
щие в другое время порогового количества в обонятель-
ной луковице, должны, соединяться в клубочки в остав-
шихся пространствах внутри гломерулярного слоя. Мо-
дель самосортировки предполагает, что аксоны могут
соединяться первоначально в разнородные клубочки и

что эти клубочки первоначально могут быть не гомоген-
ными. Последующее ремоделирование создает одиноч-
ные и гомогенные клубочки [11]. Ремоделирование мо-
жет происходить благодаря гибели клеток с неправиль-
но проведенными аксонами.

Помимо обонятельных рецепторов типа ОР у дрозо-
филы открыто еще одно семейство обонятельных рецеп-
торов, так называемые ionotropic receptors (IRs) [6].

Нарушения обоняния

Нарушения обоняния могут быть полными (т.е.
аносмия) или неполными (напр., частичная аносмия,
гипосмия или микросмия). Они могут также проявлять-
ся как искажения (дисосмия; например, запах гнили
при нюхании розы) или как спонтанные ощущения
(фантосмия; например, ощущение запаха в отсутствие
источника). Неспособность распознавать запахи может
появиться независимо от нормального функционирова-
ния обонятельной (обонятельная агнозия). Гиперосмия
является редким состоянием аномально острого воспри-
ятия запаха [27]. Обонятельная дисфункция может быть
или двусторонней, или односторонней (иногда называе-
мыми binasal или uninasal).

Гены OR и обонятельные дисфункции

Восприятие запаха людьми очень сильно различает-
ся между индивидами, описаны огромные вариации в
восприятии как по интенсивности, так и по приятности
(pleasantness) запаха. Если два индивида обладают раз-
ными субнаборами из репертуараOR-генов, то они бу-
дут воспринимать запахи по-разному. Например, запах
стероида пота androstenone, происходящего из тестосте-
рона, по-разному воспринимается разными индивида-
ми: как противный («пропитанных потом носков, мо-
чи»), приятный («сладкий, цветочный») или не имею-
щий запаха [21, 26]. Установлено, что рецептор запаха у
человека, OR7D4, избирательно активируется in vitro с
помощью androstenone и родственного запаха стероида
androstadienone и не реагирует на панель из 64 других за-
пахов и 2 растворителей. Наиболее распространенный
вариант этого рецептора (OR7D4 WM) содержит два не-
синонимичных однонуклеотидных полиморфизма
(SNPs), возникших в результате двух аминокислотных
замен (R88W, Т133М), которые серьезно нарушают его
функцию in vitro. Индивиды с генотипами RT/WM или
WM/WM менее чувствительны к androstenone и andros-
tadienone, находит оба запаха не такими неприятными,
как группа RT/RT. Следовательно, генотипическая из-
менчивость в OR7D4 объясняет вариабельность в вос-
приятии этих стероидных запахов. Кроме того, было
установлено, что другая аминокислотная замена во вне-
клеточной петле 2 также может влиять на функцию
OR7D4 in vitro, указывая тем самым, что и этот остаток
может участвовать во взаимодействии androstenone с ре-
цептором.

8

МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА. 2011. №3

По-видимому, действует система, в которой иденти-
фикация запаха будет определяться присутствием или от-
сутствием активности определенных популяций рецепто-
ров. У людей и мышей специфические аносмии обнару-
живают строгую генетическую зависимость [70]. Так, не-
способность воспринимать запах изовалериковой кисло-
ты (IVA) некоторыми линиями мышей, наследуется как
простой менделевский признак, картируемый в неболь-
шой области хромосомы 4 в 0,5 сМ, содержащей и локус
IVA1, который является лучшим кандидатом на роль ко-
дирования видоспецифической изменчивости чувстви-
тельности к IVA [77]. Кроме того, существует геномный
локус чувствительности к IVA на 6-й хромосоме. В отно-
шении этого признака было исследовано 1,5 млн субъек-
тов и была выявлена сходная картина различий в обоня-
тельной чувствительности [71]. Генетическую обуслов-
ленность этой специфической аносмии подтвердили и
исследования на близнецах [28]. Недавнее генетическое
исследование [39] выявило ассоциацию между чувствите-
льностью к IVA и возникновениемOR-псевдогена
OR11H7P на хромосоме 14 человека. У человека геном-
ный интервал, содержащий OR11Н7Р, не синтеничен ни
одному из интервалов чувствительности к IVA у мышей.
В группе с гиперосмией эффект, по-видимому, обуслов-
ливается малым количеством возникающих OR11H7P
псевдогенов и сохранением интактного гена в большин-
стве ОСН. Сходная изменчивость в восприятии запаха
наблюдается и для некоторых других запахов [29, 69].

Чем же могут быть обусловлены различия в OR- генах
между индивидами? Возможны две причины: сегрега-
ция псевдогенов и вариация числа копий (CNV). SNPs и
делеционно-инсерционные полиморфизмы (DIPs), ко-
торые могут приводить к образованию стоп-кодона в
рамке считывания, мутациям сдвига рамки считывания
или к замене высококонсервативных аминокислот, мо-
гут вызывать тяжелые нарушения или полную инакти-
вацию гена OR (сегрегация псевдогенов) [38, 54]. Тер-
мином CNV обычно обозначают сегменты ДНК с варьи-
рующим числом копий. Так, популяции человека могут
не иметь или иметь две копии геномного сегмента вмес-
то одной оригинальной копии [30]. Установлено, что
ОЛ-гены довольно многочисленны в регионах CNVs,
например область CNV может содержать два гена
OR8U8 и OR8U9 или один ген OR8U1 в результате деле-
ции и слияния [20, 72]. Это может указывать на склон-
ность к образованию CNV в геномных сегментах, содер-
жащихOR-гены.

В исследованиях на людях [75] было показано, что
существует изменчивость и в регуляции генов OR, кото-
рая вносит вклад в фенотипические различия чувствите-
льности обоняния между индивидами. Если это так, то
исследования генетических основ специфической поте-
ри обоняния должны включать и генетические вариан-
ты промоторовOR-генов и предполагаемых контроли-
рующих регионов в добавление к полиморфизмам коди-
рующих регионов OR- генов.

Нарушения других генов и обонятельных структур
при обонятельных дисфункциях

Помимо нарушений в OR-генах в ОСН, связанных с
нарушением обоняния, возможны нарушения и в других
типах клеток обонятельной системы. Это могут быть,
например, обонятельные глиальные клетки, окружаю-
щие ОСН мезенхимные клетки, митральные и tuf-
ted-клетки, наконец, клетки обонятельной коры. Нару-
шенными могут быть MOR256-17"¹" мезенхимные клет-
ки, осуществляющие общее наведение аксонов от эпи-
телия к обонятельным луковицам [55]. При делеции ге-
на Aquaporin-4 (AQP4) транспортного белка, экспресси-
рующегося в глиальных клетках, происходит нарушение
обоняния у мутантных мышей [34]. В предыдущей рабо-
те [1], многократно отмечалось, что мутации гена Рахбу
мышей затрагивают образование не только ОСН, но и
обонятельных интернейронов, митральных клеток ней-
ронов обонятельного кортекса.

Помимо различий между индивидами в отношении их
способности ощущать специфические одоранты (специ-
фические аносмии), люди также отличаются по своей об-
щей обонятельной способности [36, 46, 73]. Более 1% лю-
дей страдают генеральной аносмией из-за негенетических
причин, таких, как вирусная инфекция, болезни синусов,
травмы головы или вредных химических воздействий. Не-
значительная доля людей страдает от врожденной общей
аносмии, входящей в состав синдрома Кальмана [14], или
других самостоятельных аномалий [24, 31]. При синдроме
Кальмана расположение обонятельных луковиц и ось ги-
поталямус/гипофиз нормальны, но обнаруживаются деге-
нерация аксонов обонятельных рецепторных клеток, не-
зрелость обонятельных рецепторных клеток и образова-
ние внутриэпителиальных нейром, приводящих к анос-
мии [56]. Гипогонадизм при этом синдроме, как полагают,
обусловлен недостаточностью gonadotropin-releasing hor-
mone (GnRH) в результате неспособности миграции у эм-
брионов нейроэндокринных GnRH клеток из обонятель-
ного эпителия в передний мозг. У индивидов с этим синд-
ромом обнаруживаются мутации двух разных генов
KALLMANN SYNDROME 1 (KALI) и Fibroblast growth factor
receptor 1 (FGFRI) (20%) и prokineticin receptor-2 (PR0KR2)
или prokineticin-2(PR0K2) генов (10%). При Х-сцепленной
форме синдрома Кальмана ген KALI кодирует anosmin-1,
который играет ключевую роль в миграции нейронов
GnRH и обонятельных нервов в гипоталамус [77].

Список литературы

1. Мглинец В.А. Обонятельная система. 1. Генетика фор-
мирования обонятельных структур // Медицинская генетика.

- 2010. - Т. 9, №7. - С. 3-15.

2. Alexander М.К. et al. Differences between homologous alleles
of olfactory receptor genes require the Polycomb Group protein Eed
// J. Cell. Biol. - 2007. - Vol. 179, №2. - P. 269-276.

3. Axel R. Scents and sensibility: a molecular logic of olfactory
perception (Nobel lecture) // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. — 2005.

- Vol. 44. - P. 6110-6127.

ISSN 2073-7998

НАУЧНЫЕ ОБЗОРЫ

4. Belluscio L., Katz L.C. Symmetry, stereotypy, and topograp-
hy of odorant representations in mouse olfactory bulbs // J. Neuros-
ci. - 2001. - Vol. 21. - P. 2113-2122.

5. Belluscio L., Katz L.C. Symmetry, stereotypy, and topograp-
hy of odorant representations in mouse olfactory bulbs // J. Neuros-
ci. - 2001. - Vol. 21. - P. 2113-2122.

6. Benton R.H. et al. Variant ionotropic Glutamate Receptors as
Chemosensory Receptors in Drosophila // Cell. — 2009. — Vol. 736.

- P. 149-162.

7. Brookes J.C. et al. Could Humans Recognize Odor by Pho-
non Assisted Tunneling? // Phys. Rev. Lett. - 2007. - Vol. 98(3).

- P. 038101.

8. Buck L., Axel R. A novel multigene family may encode odo-
rant receptors: a molecular basis for odor recognition // Cell. —
1991. - Vol. 65. - P. 175-187.

9. Buck L.B. Unraveling the sense of smell (Nobel lecture) //
Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 2005. - Vol. 44. - P. 6128-6140.

10. Chess A.I. et al. Allelic inactivation regulates olfactory recep-
tor gene expression // Cell. - 1994. - Vol. 78. - P. 823-834.

11. DeMaria S., Ngai J. The cell biology of smell // J. Cell. Biol.

- 2010. - Vol. 191 (3). - P. 443-452.

12. Dode C., Hardelin J.P. Kallmann syndrome // Eur. J. Hum.
Genet. - 2009. - Vol. 17. - P. 139-146.

13. Doty R.L. The olfactory system and its disorders // Semin.
Neurol. - 2009. - Vol. 29(1). - P. 74-81.

14. Fechner A. et al. A review of Kallmann syndrome: genetics,
pathophysiology, and clinical management // Obstet. Gynecol. Surv.

- 2008. - Vol. 63. - P. 189-194.

15. Feinstein P. et al. Axon guidance of mouse olfactory sensory
neurons by odorant receptors and the b2 adrenergic receptor // Cell.

- 2004. - Vol. 117. - P. 833-846.

16. Feldmesser E. et al. Widespread ectopic expression of olfactory
receptor genes // BMC Genomics. — 2006. — Vol. 7. — P. 121.

17. Fleischer J., Breer H., Strotmann J. Mammalian olfactory
receptors // Front. Cell. Neurosci. — 2009. — Vol. 3, №3.

18. Fuss S.H., Omura M., Mombaerts P. Local and cis effects of
the H element on expression of odorant receptor genes in mouse //
Cell. - 2007. - Vol. 130. - P. 373-384.

19. Go Y., Niimura Y. Similar numbers but different repertoires
of olfactory receptor genes in humans and chimpanzees // Mol. Biol.
Evol. - 2008. - Vol. 25. - P. 1897-1907.

20. Hasin Y. et al. High-resolution copy-number variation map
reflects human olfactory receptor diversity and evolution // PLoS
Genet. - 2008. - Vol. 4. - el000249.

21. Hummel T. et al. Androstadienone odor thresholds in ado-
lescents // Horm. Behav. - 2005. - Vol. 47. - P. 306-310.

22. Imai Т., Suzuki M., Sakano H. Odorant receptor-derived
cAMP signals direct axonal targeting // Science. — 2006. —
Vol. 314. - P. 657-661.

23. Iwema C.L. et al. Odorant receptor expression patterns are
restored in lesion recovered rat olfactory epithelium // J. Neurosci.

- 2004. - Vol. 24. - P. 356-369.

24. Jafek B.W. et al. Congenital anosmia // Ear. Nose Throat J.

- 1990. - Vol. 69. - P. 331-337.

25. Katada S. et al. Structural basis for a broad but selective ligand
spectrum of a mouse olfactory receptor: mapping the odorant-binding-
site // J. Neurosci. - 2005. - Vol. 25. - P. 1806-1815.

26. Keller A. et al. Genetic variation in a human odorant recep-
tor alters odour perception // Nature. — 2007. — Vol. 449, №7161.
_ p. 468—472.

27. Keller A., Vosshall L.B. Human olfactory psychophysics //
Curr. Biol. - 2004. - Vol. 14. - P. 875-878.

28. Knaapila A. et al. Environmental effects exceed genetic ef-
fects on perceived intensity and pleasantness of several odors: a

three-opulation twin study // Behav. Genet. — 2008. — Vol. 38. —
P. 484-492.

29. Knaapila A. et al. Genetic component of identification, in-
tensity and pleasantness of odours: a Finnish family study // Eur. J.
Hum. Genet. - 2007. - Vol. 15. - P. 596-602.

30. Korbel J.O. et al. The current excitement about copy-num-
ber variation: how it relates to gene duplications and protein families
// Curr. Opin. Struct. Biol. - 2008. - Vol. 18. - P. 366-374.

31. Leopold D.A. et al. Congenital lack of olfactory ability // Ann.
Otol. Rhinol. Laryngol. - 1992. - Vol. 101. - P. 229-236.

32. Lewcock J.L., Reed R.R. A feedback mechanism regulates
monoallelic odorant receptor expression // PNAS. — 2004. —
Vol. 101, №4. - P. 1069-1074.

33. Lomvardas S. et al. Interchromosomal interactions and ol-
factory receptor choice//Cell. - 2006. - Vol. 126. - P. 403-413.

34. Lu D.C. et al. Impaired olfaction in mice lacking aquapo-
rin-4 water channels // The FASEB Journal. - 2008. - Vol. 22. -
P. 3216-3223.

35. Malnic B. et al. Combinatorial receptor codes for odors //
Cell. - 1999. - Vol. 96. - P. 713-723.

36. McNeill E. et al. Diagnosis and management of olfactory di-
sorders: survey of UK-based consultants and literature review //
J. Laryngol. Otol. - 2007. - Vol. 121. - P. 713-720.

37. Meister M., Bonhoeffer T. Tuning and topography in an
odor map on the rat olfactory bulb // J. Neurosci. — 2001. —
Vol. 21. - P. 1351-1360.

38. Menashe I. et al. Different noses for different people // Nat.
Genet. - 2003. - Vol. 34. - P. 143-144

39. Menashe I. et al. Genetic elucidation of human hyperosmia
to isovaleric acid // PLoS Biol. — 2007. — Vol. 5. — e284.

40. Miyamichi K. et al. Continuous and overlapping expression
domains of odorant receptor genes in the olfactory epithelium deter-
mine the dorsal/ventral positioning of glomeruli in the olfactory bulb
// J. Neurosci. - 2005. - Vol. 11. - P. 979-984.

41. Mombaerts P. Axonal Wiring in the Mouse Olfactory System
// Annu. Rev. Cell Dev. Biol. - 2006. - Vol. 22. - P. 713-737.

42. Mombaerts P. Genes and ligands for odorant, vomeronasal
and taste receptors // Nature Reviews Neurosci. — 2004. — Vol. 5,
№4. - P. 263-278.

43. Mori K., Shepherd G.M. Emerging principles of molecular
signal processing by mitral/tufted cells in the olfactory bulb // Se-
min. Cell. Biol. - 1994. - Vol. 5. - P. 65-74.

44. Nguyen M.Q. et al. Prominent roles for odorant receptor co-
ding sequences in allelic exclusion // Cell. — 2007. — Vol. 131. —
P. 1009-1017.

45. Nishizumi H. et al. Deletion of the core-H region in mice abolis-
hes the expression of three proximal odorant receptor genes in cis // Proc.
Natl. Acad. Sci. USA - 2007. - Vol. 104 (50). - P. 20067-20072.

46. Nordin S., Bramerson A. Complaints of olfactory disorders:
epidemiology, assessment and clinical implications // Curr. Opin.
Allergy Clin. Immunol. — 2008. - Vol. 8 — P. 10—15.

47. Petzold G.C., Hagiwara A., Murthy V.N. Serotonergic mo-
dulation of odor input to the mammalian olfactory bulb // Nat. Ne-
urosci. - 2009. - Vol. 12(6). - P. 784-791.

48. Pluznicka J.L. et al. Functional expression of the olfactory
signaling system in the kidney // PNAS. — 2009. — Vol. 106 (6). —
P. 2059-2064.

49. Priest C.A., Puche A.C. GABAB receptor expression and
function in olfactory receptor neuron axon growth // J. Neurobiol.
- 2004. - Vol. 60. - P. 154-165.

50. Qasba P., Reed R.R. Tissue and zonal-specific expression of
an olfactory receptor transgene //J. Neurosci. — 1998. — Vol. 18, —
P. 227-236.

51. Reed R. R. After the Holy Grail: Establishing a Molecular Basis for
Mammalian Olfaction // Cell. - 2004. - Vol. 116, №2. - P. 329-336.

10

МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА. 2011. №3

52. Royet J.P. et al. Morphometric study of the glomerular po-
pulation in the mouse olfactory bulb: numerical density and size dist-
ribution along the rostrocaudal axis // J. Сотр. Neurol. — 1988. —
Vol. 270. - P. 559-568.

53. Sarafoleanu C. et al. The importance of the olfactory sense in
the human behavior and evolution // Journal of Medicine and Life.

- 2009. - Vol. 2(2). - P. 196-198.

54. Savas S. et al. Human SNPs resulting in premature stop co-
dons and protein truncation // Hum. Genomics. — 2006. — Vol. 2.

- P. 274-286.

55. Schwarzenbacher K., Fleischer J., Breer H. Odorant recep-
tor proteins in olfactory axons and in cells of the cribriform mesenc-
hyme may contribute to fasciculation and sorting of nerve fibers //
Cell and Tissue Research. - 2006. - Vol. 323(2). - P. 211-219.

56. Schwob J.E. et al. Histopathology of olfactory mucosa in
Kallmann's syndrome // Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. — 1993. —
Vol. 102(2). - P. 117-122.

57. Serizawa S. et al. A neuronal identity code for the odorant
receptor-specific and activity-dependent axon sorting // Cell. —
2006. - Vol. 127. - P. 1057-1069.

58. Serizawa S. et al. Mutually exclusive expression of odorant recep-
tor transgenes // Nat. Neurosci. - 2000. - Vol. 3. - P. 687-693.

59. Serizawa S. et al. Negative feedback regulation ensures the
one receptor-one olfactory neuron rule in mouse // Science. —
2003. - Vol. 302. - P. 2088-2094.

60. Shykind B.M. et al. Gene switching and the stability of odorant
receptor gene choice // Cell. - 2004. - Vol. 117. - P. 801-815.

61. Soucy E.R. et al. Turnover of newborn olfactory bulb neurons opti-
mizes olfaction // Nat. Neurosci. - 2009. - Vol. 12. — P. 210-220.

62. Spehr M. et al. Identification of a testicular odorant receptor
mediating human sperm chemotaxis // Science. — 2003. — Vol. 299.

- P. 2054-2058.

63. Spehr M., Munger S.D. Olfactory receptors: G protein-co-
upled receptors and beyond // J. of Neurochem. — 2009. —
Vol. 109(6). - P. 1570-1583.

64. Taniguchi M. et al. Distorted odor maps in the olfactory bulb
ofsemaphorin 3A-deficient mice //J. Neurosci. — 2003. — Vol. 23.

- P. 1390-1397.

65. Taylor S.F. et al. Medial frontal cortex activity and loss-rela-
ted responses to errors // J. Neurosci. — 2006. — Vol. 26. —
P. 4063-4070.

66. Tietjen J.R., Catherine G.D. Single-cell transcriptional pro-
files and spatial patterning of the mammalian olfactory epithelium //
Int. J. Dev. Biol. - 2005. - Vol. 49. - P. 201-207.

67. Turin L. A method for the calculation of odor character from
molecular structure // Journal of Theoretical Biol. — 2002. —
Vol. 216. - P. 367-385.

68. Vassalli A. et al. Minigenes impart odorant receptor-specific
axon guidance in the olfactory bulb // Neuron. — 2002. — Vol. 35.

- P. 681-696.

69. Wysocki C.J. et al. Specific anosmia in the laboratory mouse
// Behav. Genet. - 1977. - Vol. 7. - P. 171-188.

70. Wysocki C.J., Beauchamp G.K. Ability to smell androsteno-
ne is genetically determined // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1984.

- Vol. 81. - P. 4899-4902.

71. Wysocki C.J., Gilbert A.N. National Geographic Smell Sur-
vey. Effects of age are heterogenous // Ann. N.Y. Acad. Sci. — 1989.

- Vol. 561. - P. 12-28.

72. Young J.M. et al. Extensive copy-number variation of the
human olfactory receptor gene family // Am. J. Hum.Genet. — 2008.

- Vol. 83. - P 228-242.

73. Zargari O. Methotrexate, hyperosmia, and migraine // Der-
matol. Online J. - 2006. - Vol. 12. - P. 28.

74. Zhang L. et al. Neurons growing from neonatal murine ol-
factory explant culture responded to forskolin // Acta Oto-laryngol.

- 2009. - Vol. 129(6). - P. 665-673.

75. Zhang X. et al. Characterizing the expression of the human
olfactory receptor gene family using a novel DNA microarray // Ge-
nome Biology. - 2007. - Vol. 8, №5. - P. 86.

76. Zhang X. et al. High-throughput microarray detection of ol-
factory receptor gene expression in the mouse // Proc. Natl. Acad.
Sci. USA. - 2004. - Vol. 101. - P. 14168-14173.

77. Zhang X., Firestein S. The olfactory receptor gene superfamily of
the mouse // Nat. Neurosci. - 2002. - Vol. 5. - P. 124-133.

78. Zou Z. et al. Genetic tracing reveals a stereotyped sensory map in
the olfactory cortex // Nature. — 2001. — Vol. 414. - P. 173-179.