Los receptores olfativos humanos pertenecen a una enorme familia de proteínas conocidas como receptores acoplados a proteína G (GPCR). Situadas dentro de las membranas celulares, estas proteínas contribuyen a una amplia gama de procesos fisiológicos al detectar todo tipo de estímulos, desde la luz hasta las hormonas.
Durante las últimas dos décadas, los investigadores han determinado estructuras detalladas para un número cada vez mayor de GPCR, pero no para los receptores olfativos entre ellos. Para obtener suficientes receptores para estos estudios, los investigadores deben producirlos en células cultivadas. Sin embargo, los receptores olfativos generalmente se niegan a madurar adecuadamente cuando crecen fuera de las neuronas olfativas, su hábitat natural.
Para superar este problema, Matsunami y Claire de March, quien era investigadora asociada en el laboratorio de Matsunami, comenzaron a explorar la posibilidad de alterar genéticamente los receptores olfativos para hacerlos más estables y más fáciles de desarrollar en otras células. Unieron fuerzas con Aashish Manglik, bioquímico de la Universidad de California, San Francisco, y Christian Billesbølle, científico principal en el laboratorio de Manglik.
Aunque este esfuerzo estaba progresando, el equipo decidió darle una oportunidad más a la extracción de un receptor natural. “Probablemente fallará como todos los demás”, recordó haber pensado Manglik. “[But] Deberíamos intentarlo de todos modos.
Mejoraron sus probabilidades eligiendo un receptor de olor, OR51E2, que también se encuentra fuera de la nariz: en el intestino, el riñón, la próstata y otros órganos. A través de los meticulosos esfuerzos de Billesbølle, lograron obtener suficiente OR51E2 para estudiar. Luego expusieron el receptor a una molécula de olor que sabían que detectaba: propionato, un ácido graso corto producido por fermentación.
Para generar imágenes detalladas del receptor y el propionato unidos, la interacción que desencadena el disparo de una neurona sensorial, utilizaron criomicroscopía electrónica, una técnica de imagen avanzada que captura instantáneas de proteínas que se han congelado rápidamente.
El equipo encontró que dentro de la estructura de las moléculas entrelazadas, el OR51E2 había atrapado propionato dentro de un pequeño bolsillo. Cuando agrandaron el bolsillo, el receptor perdió gran parte de su sensibilidad al propionato ya otra molécula pequeña que normalmente lo activa. El receptor modificado prefirió moléculas de olor más grandes, lo que confirmó que el tamaño y la química del bolsillo de unión sintoniza el receptor para detectar solo un conjunto limitado de moléculas.
El análisis estructural también descubrió un pequeño bucle flexible sobre el receptor, que se bloquea como una tapa sobre el bolsillo una vez que una molécula de olor se une a él. El descubrimiento sugiere que esta pieza de bucle altamente variable puede contribuir a nuestra capacidad para detectar química diversa, según Manglik.
La lógica subyacente del olor
Y OR51E2 aún puede tener otros secretos para compartir. Aunque el estudio se centró en el bolsillo que contiene el propionato, el receptor puede poseer otros sitios de unión para otros olores o señales químicas que podría encontrar en los tejidos fuera de la nariz, dicen los investigadores.
Además, las imágenes de microscopía revelaron solo una estructura estática, pero estos receptores son de hecho dinámicos, dijo Nagarajan Vaidehi, químico computacional del Instituto de Investigación Beckman de City of Hope, quien también trabajó en el estudio. Su grupo usó simulaciones por computadora para visualizar cómo OR51E2 probablemente se mueve cuando no está congelado.