İnsan koku alma reseptörleri, G-protein-bağlı reseptörler (GPCR’ler) olarak bilinen muazzam bir protein ailesine aittir. Hücre zarlarında yer alan bu proteinler, ışıktan hormonlara kadar her türlü uyarıyı algılayarak çok çeşitli fizyolojik süreçlere katkıda bulunur.
Son yirmi yılda, araştırmacılar, giderek artan sayıda GPCR için ayrıntılı yapılar belirlediler, ancak aralarındaki koku alma reseptörleri için değil. Bu çalışmalar için yeterli reseptör elde etmek için, araştırmacıların bunları kültürlenmiş hücrelerde üretmesi gerekir. Bununla birlikte, koku alma reseptörleri, doğal ortamları olan koku alma nöronlarının dışında büyüdüklerinde genellikle uygun şekilde olgunlaşmayı reddederler.
Bu sorunun üstesinden gelmek için, Matsunami ve Matsunami’nin laboratuvarında araştırma görevlisi olan Claire de March, koku alma reseptörlerini daha kararlı ve diğer hücrelerde daha kolay büyümelerini sağlamak için genetik olarak değiştirme olasılığını keşfetmeye başladılar. San Francisco’daki California Üniversitesi’nden bir biyokimyacı olan Aashish Manglik ve Manglik’in laboratuvarında kıdemli bir bilim adamı olan Christian Billesbølle ile güçlerini birleştirdiler.
Bu çaba ilerlemesine rağmen, ekip doğal bir alıcının çıkarılmasına bir şans daha vermeye karar verdi. Manglik, “Muhtemelen herkes gibi başarısız olacak,” diye düşündüğünü hatırladı. “[But] yine de denemeliyiz.”
Burnun dışında da bulunan -bağırsak, böbrek, prostat ve diğer organlarda- bir koku reseptörü olan OR51E2’yi seçerek şanslarını artırdılar. Billesbølle’nin titiz çabaları sayesinde, çalışmak için yeterli OR51E2 elde etmeyi başardılar. Daha sonra reseptörü, algıladığını bildikleri bir koku molekülüne maruz bıraktılar: fermantasyonla üretilen kısa bir yağ asidi olan propiyonat.
Reseptörün ve propionatın birbirine kilitlenmiş ayrıntılı görüntülerini oluşturmak için, bir duyusal nöronun ateşlenmesini tetikleyen etkileşim, hızla donmuş proteinlerin anlık görüntülerini yakalayan gelişmiş bir görüntüleme tekniği olan kriyo-elektron mikroskobu kullandılar.
Ekip, birbirine kenetlenmiş moleküllerin yapısında OR51E2’nin propionatı küçük bir cepte tuttuğunu buldu. Cebi genişlettiklerinde, reseptör propiyonata ve normalde onu aktive eden başka bir küçük moleküle karşı hassasiyetinin çoğunu kaybetti. İnce ayarlı reseptör, daha büyük koku moleküllerini tercih etti; bu da, bağlanma cebinin boyutunun ve kimyasının, reseptörü yalnızca dar bir molekül setini algılamak üzere ayarladığını doğruladı.
Yapısal analiz ayrıca, reseptörün üzerinde bir koku molekülü içine bağlandığında cebin üzerindeki bir kapak gibi kilitlenen küçük, esnek bir halka ortaya çıkardı. Manglik’e göre keşif, bu oldukça değişken döngüsel parçanın farklı kimyaları saptama yeteneğimize katkıda bulunabileceğini öne sürüyor.
Kokunun Temel Mantığı
OR51E2’nin paylaşacak başka sırları da olabilir. Araştırmacılar, çalışmanın propiyonatı tutan cebe odaklanmasına rağmen, reseptörün diğer kokular veya burun dışındaki dokularda karşılaşabileceği kimyasal sinyaller için başka bağlanma bölgelerine sahip olabileceğini söylüyor.
Ayrıca, Beckman City of Hope Araştırma Enstitüsü’nde hesaplamalı bir kimyager olan ve aynı zamanda çalışmada çalışan Nagarajan Vaidehi, mikroskopi görüntülerinin yalnızca statik bir yapı ortaya çıkardığını, ancak bu reseptörlerin aslında dinamik olduğunu söyledi. Grubu, OR51E2’nin donmamışken muhtemelen nasıl hareket ettiğini görselleştirmek için bilgisayar simülasyonları kullandı.
