Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

«Следовало предположить, что они направятся к клубочку I7, – комментирует Фаерштейн. – Поскольку мы знаем, что идея состояла в том, чтобы доказать ключевую роль рецептора в подведении аксона к правильному клубочку. А единственное, что изменили – это рецептор». Вопреки ожиданиям, нейроны не пришли к клубочку I7. В таком случае они направились к клубочку M20? «Тоже нет! – восклицает Фаерштейн. – Выяснилось, что [модифицированные нейроны] формируют клубочки тут, или здесь, или там. – Фаерштейн случайным образом расставляет точки на рисунке луковицы. – Вообще непонятно, какие тут закономерности!»

Это был первый удар по идее о стереотипном строении луковицы. Вскоре последовал второй. Что произойдет, если заменить ген рецептора запаха геном, кодирующим необонятельный рецептор, например, геном рецептора из того же белкового семейства (генетически родственного)? «Это был последний гвоздь в крышку гроба, – комментирует Фаерштейн. – Результат, о котором почти не говорят, был получен Полом Фейнштейном»[327]. Фейнштейн, бывший постдокторант из лаборатории Момбертса, заменил ген рецептора запаха I7 геном β2-адренэргического рецептора. К семейству β2-адренэргических рецепторов относятся рецепторы адреналина; они тоже принадлежат к надсемейству рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCRs), и поэтому достаточно похожи на обонятельные рецепторы по топологии и структуре. Все GPCRs имеют семь трансмембранных спиралей и обладают заметным сходством аминокислотных последовательностей. Однако их функции совсем разные. Адреналиновые рецепторы регулируют активность симпатической нервной системы. Обонятельные рецепторы связывают молекулы запаха.

Модифицированным нейронам Фейнштейна идти было некуда. Как поясняет Фаерштейн, у них «больше не было рецептора запаха, который привел бы их куда-нибудь. На свете не могло существовать мыши с β2-адренэргическим клубочком, поджидающим свои аксоны, не говоря уже об аксонах клеток с β2-адренэргическим рецептором». И вновь все были удивлены. Все нейроны с геном рецептора адреналина соединились в одном клубочке луковицы, как все другие нейроны с генами рецепторов запаха. «Это окончательно показывает, что карты не существует, – уточняет Фаерштейн. – На поверхности луковицы нет предопределенной карты, определяющей, куда должны прийти эти аксоны. Если и есть какая-то карта, она индуцированная. Она вызвана аксонами самих клеток».

Второй удар. В этих двух экспериментах с заменой генов рецепторов одорантов другими генами обонятельных рецепторов или других GPCRs были созданы аксоны, для которых не нашлось места на генетически предопределенной карте. Что происходит, если вы полностью удаляете гены рецепторов у каких-то нейронов? Их аксоны должны направляться куда-то в луковицу, но без проводника. «Они не образуют клубочки, – отвечает Фаерштейн. – Они просто куда-то идут». Не говорит ли это о наличии генетически предопределенной карты связей? «Первая интерпретация была такой: поглядите, [чувствительные нейроны] не могут дойти до цели, поскольку у них больше нет рецептора. Они просто идут куда-то. Они не знают, что им делать». Но вскоре эта интерпретация отпала. Выяснилось, что нельзя отключить ген обонятельного рецептора. Когда вы отключаете один, нейрон быстро начинает экспрессировать вместо него ген другого рецептора (чувствительные нейроны имеют набор генов для замены, и из этого набора выбор осуществляется случайным образом).

«Интересно, – продолжает Фаерштейн, – что эти аксоны не выходят за пределы луковицы. Они остаются в луковице». Таким образом, если клетка не экспрессирует ген одного рецептора, она подбирает какой-то другой. И это не полностью случайный выбор. Клетка обзаводится не любым рецептором из всего диапазона (из тысячи рецепторов у мыши), но одним из ограниченного круга. «Это некая группа рецепторов, которые каким-то образом контролируются совместно. И следовательно, все [нейроны] идут в одну и ту же точку в луковице. Но в какое конкретно место, им безразлично. Этот эксперимент нужно было провести несколько лет назад, отключая разные рецепторы и наблюдая, сколько в луковице таких участков». Казалось, что в экспериментах с отключением генов аксоны движутся хаотично, но на самом деле нейроны управляются несколькими генами.

Третий удар.