MOLECULAR DETECTION OF PHEROMONE SIGNALS IN MAMMALS: FROM GENES TO BEHAVIOUR Nature Reviews Neuroscience 4, № 7, p. 551 -562 (2003) | ||
|
Инстинктивные и видоспецифические поведенческие реакции у животных в ответ на действие феромонов уже долгое время интригуют биологов. Недавние молекулярные и электрофизиологические исследования позволили по-новому взглянуть на механизмы детекции феромонов у грызунов и на сенсорное кодирование феромоновых сигналов, приводящих к половой дискриминации и агрессивному поведению
 (Рис.1.) | | Functional and anatomical segregation of the two mammalian olfactory systems. ) (Рис.2.) | Structures of pheromones listed in table 1.  (Рис.3.) | Cellular logic of sensory processing in the main and accessory olfactory systems.  (Рис.4.) | Genomic organization, expression and functional role of non-classical major histocompatibility complex (MHC) class I molecules in the vomeronasal organ (VNO).  (Рис.5.) | A model of sensory transduction in vomeronasal neurons.  (Рис.6.) | Responses of vomeronasal neurons to complex mixtures and single pheromones.  (Рис.7.) | Role of the mouse vomeronasal organ (VNO) in gender discrimination. |
Феромоны - это видо- и полоспецифические химические вещества, обеспечивающие информацию о социальном и сексуальном статусе животного. Феромоны имеются у большинства видов животных, от одноклеточных организмов до млекопитающих, хотя их использование у человека и некоторых видов высших приматов подвергается сомнению.
У млекопитающих феромоны улавливаются сошниково-носовым органом (vomeronasal organ, VNO) - билатерально симметричным, цилиндрическим органом, окруженным костной капсулой на передней перегородке носа. VNO нейроны посылают единственный неразветвленный аксон во вспомогательную обонятельную луковицу (accessory olfactory bulb, AOB), которая, в свою очередь, посылает проекции на вомероназальную амигдалу (vomeronasal amygdala).
Вещества с феромоновой активностью были выделены из мочи и секрета аногенитальной железы. Моча содержит высокие уровни основных белков мочи, которые, как оказалось, переносят небольшие легко разлагающиеся молекулы на хемосенсорные рецепторные нейроны. Анализ вагинальных выделений хомячка привел к идентификации белка афродизина (aphrodisin), вызывающего у самцов копулятивное поведение.
У мышей и крыс было охарактеризовано два крупных семейства феромоновых рецепторов - V1Rs и V2Rs. Эти рецепторные семейства экспрессируются в молекулярно отличных и топографически разделенных областях нейроэпителия VNO. Недавно было показано существование функциональной связи между V2Rs, M10 и М1 семействами неклассических молекул основного комплекса гистосовместимости (non-classical major histocompatibility complex molecules) и β2-микроглобулином (β2- microglobulin, β2m). M10 и β2m образуют комплекс с V2R, который локализуется на дендритных окончаниях нейронов VNO в месте феромоновой детекции. И, как предполагают, они вовлечены в феромоно-рецепторное передвижение.
Катионовый канал Trp2 экспрессируется с высокой активностью в нейронах VNO (обонятельных луковиц). Оказалось, что он участвует в трансдукции феромоновых сигналов. Активация G-белка вомероназальным G-протеин-спаренными рецепторами (G-protein-coupled receptors) запускает фосфолипаза С-зависимый каскад, который, в свою очередь, активирует Tpr2.
Электрофизиологические записи показали, что группы VNO нейронов активируются избирательно мочой или самцов или самок, тогда как другие реакции не зависят от пола животного-донора и могут обеспечивать информацию о других характеристиках донора.
Нейроны, экспрессирующие данный вомероназальный рецептор, посылают проекции на множественные гломерулы, которые занимают пространственно определенные законсервированные области в пределах АОВ (обонятельных луковиц). В основной обонятельной системе гломерулы состоят из волокон из нейронов, которые экспрессируют тот же рецептор. Однако гломерулы в АОВ получают входные сигналы от нескольких рецепторных типов. Дивергентный паттерн гломерулярного расположения в АОВ может быть компенсирован конвергенцией на уровне митральных клеток (mitral cells), которые способны переносить информацию от единственного рецепторного типав в мозговые центры более высокого порядка.
Генетическое «удаление» генаTrp2 значительно нарушает сенсорную активацию нейронов VNO феромонами мочи. Кроме того, самцы мышей Trp2 -/- не способны распознавать сексуальную принадлежность животного своего вида. Эти данные противоречат общепринятой идее о том, что VNO активность необходима для инициации поведения спаривания между самцом и самкой и указывают на их роль в обеспечении половой дискриминации. Летучие одоранты, как полагают, связываются с G белком купированными рецепторами, и это событие затем активирует нижестоящие сигнальные пути. У дрозофилы, различные одорант-связывающие белки, секретируются в лимфу вокруг подмножества обонятельных нейронов, а функция этих феромонов и одорант-ссвязывающего белка, однако, было непонятна. Опираясь на предыдущие работы, которые свидетельствуют о том, что одорант-связывающий белок LUSH необходим для чувствительности к феромону 11-цис vaccenyl ацетат (cVA), Laughlin et al. сравненивали рентгеновскую кристаллическую структуру LUSH, связанную с cVA с ранее определеной структурой uncomplexed LUSH и обнаружили, что связывание cVA (которая почти полностью включается в LUSH) индуцирует конформационные изменения в LUSH. LUSH мутант с аминокислотными заменами, как предполагается, сводит к минимуму этот конформационные изменения, которые менее эффективны, чем белок дикого типа в отношении обеспечения cVA чувствительности у T1 нейронов, которые обеспечивают ответ на этот феромон, в отличие от мутации, предположительно повышающей конформационные изменения, котрая делает более мощным лиганд. Кроме того, мутация вызывает конформацию нескомплексованного LUSH, которая напоминает таковую для cVA-связанной формы стимулированных T1 нейронов, даже в отсутствие cVA. Таким образом, авторы приходят к выводу, что LUSH является неактивным лигандом, который конвертируются в активную форму посредством связывания cVA. Cell 133, 1255 (2008). | |