في هذا المقال اقدم لكم ملخص لمقال نُشر في مجلة Science تحت عنوان "الأساس البنيوي لاستشعار الروائح بواسطة مستقبلات الروائح الهتيرومرية في الحشرات". تستشعر معظم الحشرات، بما في ذلك البعوض الذي يستهدف البشر، الروائح من خلال مجمعات قنوات أيونية تنشط بواسطة الروائح، والتي تتكون من وحدة فرعية تربط الروائح (OR) متباينة ووحدة فرعية مشتركة محفوظة (Orco). لفهم كيفية تنشيط الروائح لهذه المستقبلات الهتيرومرية، يعرض المقال هياكل مجهرية إلكترونية بالتبريد (cryo-EM) لمجمعين مختلفين من مستقبلات الروائح الهتيرومرية، التي تحتوي على وحدات OR من بعوض ناقل للأمراض مثل Aedes aegypti أو Anopheles gambiae. تكشف هذه الهياكل عن نسبة غير متوقعة تبلغ 1 OR إلى 3 وحدات فرعية من Orco. وتشير مقارنة الهياكل في حالتي الربط بالروائح وعدم الربط إلى أن ارتباط الرائحة بالوحدة الفرعية الوحيدة OR يكفي لفتح مسام القناة، مما يقترح آلية لتنشيط OR وإطارًا مفاهيميًا لفهم تطور حساسية مستقبلات الروائح في الحشرات.
مقدمة
تعتمد معظم الحشرات، بما في ذلك البعوض الذي يستهدف البشر، على معقدات قنوات أيونية تنشط بواسطة الروائح للكشف عن الروائح. تتكون هذه المعقدات من وحدة فرعية ترتبط بالروائح (OR) ووحدة فرعية مشتركة محفوظة (Orco). لتوضيح كيفية تفعيل الروائح لهذه المستقبلات، تم تقديم هياكل مجهرية إلكترونية بالتبريد لمعقدين مختلفين من مستقبلات الروائح الهتيرومرية التي تحتوي على ORs من بعوض نقل الأمراض Aedes aegypti وAnopheles gambiae. تكشف هذه الهياكل عن نسب غير متوقعة 1 OR إلى 3 Orco. تشير المقارنة بين الهياكل في حالتي الروائح المرتبطة وغير المرتبطة إلى أن ارتباط الرائحة بوحدة OR الوحيدة يكفي لفتح مسار القناة، مما يقترح آلية لتفعيل OR وإطارًا مفاهيميًا لفهم تطور حساسية مستقبلات الروائح في الحشرات.
استخدام الشم عند الحشرات
تعتمد الحيوانات على الشم للتكيفات السلوكية الحرجة. يستخدم البعوض حاسة الشم للعثور على المضيفين البشر والحصول على وجبة دم، مما يمكنه من نقل مسببات الأمراض مثل الملاريا، حمى الضنك، والحمى الصفراء. في الحشرات مثل البعوض، يتم استشعار المركبات المتطايرة الهيدروفوبية بواسطة مستقبلات الروائح، وهي عائلة كبيرة من قنوات الأيونات التي تنشط بواسطة الروائح وتوجد في غشاء الخلايا العصبية الحسية الشمية.
تكوين معقدات مستقبلات الروائح في الحشرات
في معظم الحشرات، بما في ذلك ذبابة الفاكهة، والبعوض، والنمل، والنحل، تتجمع مستقبلات الروائح كمجمعات هتيرومرية إلزامية تتكون من نوعين من الوحدات الفرعية: وحدة ترتبط بالروائح (OR) ووحدة مشتركة تدعى Orco. تحتوي معظم الأنواع على العديد من ORs المتنوعة، ولكنها تعبر عن Orco واحدة. تم إثبات أن ORs وOrco تتجمع كتجمعات رباعية (tetramers) بنماذج حالية تقترح ترتيبًا من وحدتين OR ووحدتين Orco لكل معقد.
دراسة الهياكل المجهرية الإلكترونية بالتبريد لمجمعات OR/Orco
تم الإبلاغ عن هياكل معقدات OR/Orco الهتيرومرية، في حالتي الروائح المرتبطة وغير المرتبطة، باستخدام المجهر الإلكتروني بالتبريد. نظرًا لأهمية شم البعوض للصحة العامة، تم التركيز على ORs من أنواع البعوض الرئيسية الناقلة للحمى الصفراء وحمى الضنك (Aedes aegypti) والملاريا (Anopheles gambiae). اكتشف الباحثون أن هذه المجمعات تشكل رباعيات غير متماثلة تحتوي على 1 OR و3 Orco، حيث يكفي تفعيل وحدة OR الوحيدة عند ارتباط الروائح لفتح مسار توصيل الأيونات. وبالتالي، يتم اقتراح أن مستقبلات الروائح الهتيرومرية في الحشرات يمكن أن تظهر أيضًا نسب 1:3، ويُقدم عمل هيكلي على مستقبلات الروائح في البعوض الذي يستهدف الإنسان والذي يمكن أن يساعد في استهداف شم البعوض صيدليًا للحد من انتشار الأمراض التي تنقلها الحشرات.
بنية معقد OR/Orco والنسب الفرعية
تركز الباحثون أولاً على عائلة مستقبلات OR10 المحفوظة التي تكشف عن الإندول ومشتقاته في أنواع مختلفة من البعوض. تم التعبير المشترك عن OR10 من Ae. aegypti مع Orco الخاص بهيكلية في خلايا HEK293 وأُجريت الفحوصات الكهروفسيولوجية. وُجد أن OR10/Orco تحتوي على نسب 1 OR و3 Orco. توضح بنية المعقد OR/Orco أن الوحدة OR10 تمتلك جيب ارتباط بالروائح، بينما وحدات Orco لا تمتلك ذلك، مما يشير إلى أن تفعيل الوحدة OR وحدها يكفي لفتح القناة.
آلية تفعيل المستقبلات بواسطة الروائح
تم تحديد بنية معقد OR/Orco المرتبطة بروائح إلى دقة 2.9 Å، ووجدت تمددًا جانبيًا في مسار القناة، ناتجًا عن حركة الهيليكس OR10 S7b بشكل جانبي بعيدًا عن محور القناة الرئيسي، مما يزيد المسافة إلى الوحدة Orco المجاورة. تم دعم هذه النتائج بالبيانات الكهروفسيولوجية التي تظهر أن القناة، مثل معقدات OR/Orco الأخرى في الحشرات، تمرر كلاً من الكاتيونات الأحادية والثنائية التكافؤ. يظهر تحليل آلية التفعيل أن ارتباط الرائحة يؤدي إلى تغيير في وضعية الهيليكس OR10 S7b الذي يفتح مسار توصيل الأيونات.
تقدم هذه الدراسة إطارًا جديدًا لفهم كيفية تفعيل مستقبلات الروائح في الحشرات من خلال حركة وحدة OR الوحيدة عند ارتباط الرائحة، وتوضح أن نسب 1 OR إلى 3 Orco يمكن أن تكون موجودة في المستقبلات الهتيرومرية. يمكن أن تساعد هذه النتائج في تطوير استراتيجيات لاستهداف شم البعوض للحد من انتشار الأمراض التي تنقلها الحشرات.
المقال على مجلة Science: تقدم هذه الدراسة إطارًا جديدًا لفهم كيفية تفعيل مستقبلات الروائح في الحشرات من خلال حركة وحدة OR الوحيدة عند ارتباط الرائحة، وتوضح أن نسب 1 OR إلى 3 Orco يمكن أن تكون موجودة في المستقبلات الهتيرومرية. يمكن أن تساعد هذه النتائج في تطوير استراتيجيات لاستهداف شم البعوض للحد من انتشار الأمراض التي تنقلها الحشرات.