詩人分辨香味的秘密:嗅覺神經元基因體 3D 重新排列

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「時有落花至,遠隨流水香」,唐朝詩人劉眘虛經過小溪,看著花朵隨著流水翩然而至,遠遠地就能聞見陣陣幽香,寫出美麗詩篇。那人如何從一萬億種不同區分香味,主要由人體嗅覺神經細胞或神經元,以及400多個嗅覺基因彼此合作,傳到大腦中樞神經系統以分辨香味。雖然每個嗅覺神經元都含有 400 個專用嗅覺受體基因,但每個神經元中只有一個基因活躍。更令科學家困惑的是,活躍的基因是隨機發生,並且在神經元和神經元之間更是不同的。

近日,哥倫比亞大學的科學家解決了多年的疑惑,嗅覺神經元的基因體在 3D 空間重新排列,然後調控每個嗅覺神經元中的基因,進而使得人類可以分辨出不同的氣味。該研究刊登於《Nature》。

該研究團隊使用一種名為原位 Hi-C 的新基因體定序技術對螢光激活細胞分選的嗅覺感覺神經元及其祖細胞(progenitors)進行染色質構象捕獲。他們更發現染色體上的基因相互作用比預期的要頻繁得多。接著在他們所拍攝的快照顯示,位於不同染色體上的嗅覺受體基因群落會在選擇嗅覺受體基因之前,逐漸向每個染色體移動,然後在這些基因擠在一起之後不久,增強子(enhancer)聚集在一個單獨的3D隔室中。他們也把該增強子命名為“希臘群島”(Greek Islands)。

此外,該團隊還發現轉錄因子 LHX2 和銜接蛋白 Ldb1 與希臘群島結合在一起,調節嗅覺受體區室、增強子 Greek Islands 中樞和嗅覺受體轉錄的組裝和維持,允許它們打開特定的嗅覺受體基因,在整個過程中扮演相當重要的角色。

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參考資料:
1. Nature, 2019; DOI: 10.1038/s41586-018-0845-0
2. https://zuckermaninstitute.columbia.edu/genes-move-help-nose-make-sense-scents

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