El receptor OR51E2 es activado por propionato, que tiene un olor a queso. CRÉDITO: Antonio Nardelli/ EyeEm/ Getty Images
Es gracias a las proteínas en la nariz llamadas receptores de olores que encontramos que las rosas son agradables y que la comida podrida es desagradable. Pero se sabe poco sobre cómo estos receptores detectan moléculas y las traducen en aromas.
Ahora, por primera vez, los investigadores han mapeado la estructura 3D precisa de un receptor de olor humano, dando un paso adelante en la comprensión del más enigmático de nuestros sentidos.
El estudio, publicado en Naturaleza el 151 de marzo, describe un receptor olfativo llamado OR51E2 y muestra cómo ‘reconoce’ el olor del queso a través de interacciones moleculares específicas que se unen al receptor.
«Es básicamente nuestra primera imagen de cualquier molécula de olor que interactúa con uno de nuestros receptores de olor», dice el coautor del estudio Aashish Manglik, químico farmacéutico de la Universidad de California en San Francisco.
olor a misterio
El genoma humano contiene genes que codifican 400 receptores olfativos que pueden detectar muchos olores. Los genes de receptores de olores de mamíferos fueron descubiertos por primera vez en ratones por el biólogo molecular Richard Axel y la bióloga Linda Buck en 19912. Los investigadores en la década de 1920 estimaron que la nariz humana podía discernir alrededor de 10,000 olores3, pero un estudio de 2014 sugiere que podemos distinguir más de un billón de olores4 .
Cada receptor olfativo solo puede interactuar con un subconjunto de moléculas olorosas llamadas odorantes, y un solo odorante puede activar múltiples receptores. Es «como tocar un acorde en un piano», dice Manglik. “En lugar de tocar una sola nota, es una combinación de teclas que se tocan lo que da lugar a la percepción de un olor distinto”.
Además, poco se sabe exactamente cómo los receptores olfativos reconocen olores específicos y codifican diferentes olores en el cerebro.
Los desafíos técnicos en la producción de proteínas de receptores olfativos de mamíferos utilizando métodos de laboratorio estándar han dificultado el estudio de cómo estos receptores se unen a los olores.
«A casi todos ellos realmente no les gusta estar en ningún tipo de célula que no sea una neurona sensorial olfativa», dice Matthew Grubb, neurocientífico del King’s College de Londres. Esto significa que no se pueden cultivar ni estabilizar en líneas celulares de uso común. «Probablemente tendrías que diseccionar miles de narices de ratón» para replicar las muestras, dice Grubb. «Simplemente no es factible».
Para superar esto, Manglik y sus colegas se concentraron en el receptor OR51E2, que tiene funciones más allá del reconocimiento de olores y se encuentra en los tejidos intestinales, renales y prostáticos, así como en las neuronas olfativas.
vinagre y queso
OR51E2 interactúa con dos moléculas odorantes: acetato, que huele a vinagre, y propionato, que huele a queso.
Los autores purificaron el receptor y analizaron la estructura de OR51E2 unido y no unido al propionato mediante criomicroscopía electrónica, una técnica de imagen de resolución atómica. También utilizaron simulaciones asistidas por computadora para modelar cómo la proteína interactúa con el odorante a escala atómica.
Descubrieron que el propionato se une a OR51E2 a través de enlaces iónicos y de hidrógeno específicos que anclan el ácido carboxílico del propionato a un aminoácido, la arginina, en una región del receptor llamada bolsillo de unión. La unión al propionato cambia la forma de OR51E2, que es lo que activa el receptor.
Estas interacciones moleculares son cruciales: los investigadores demostraron que las mutaciones que afectan a la arginina impedían que el propionato activara OR51E2.
“Esta es nuestra forma de alinear las fichas de dominó para entender cómo empujar un lado del receptor activa el otro lado”, dice Manglik.
en perfume
Los científicos han soñado durante mucho tiempo con construir un atlas molecular de receptores olfativos que mapee sus estructuras químicas y qué combinaciones de receptores corresponden a olores específicos. Pero «ha estado fuera del alcance en el campo», dice Manglik.
El receptor OR51E2 es específico para propionato y acetato. Pero “no se trata solo de unir un solo olor a moléculas receptoras únicas”, dice Grubb. OR51E2 es un receptor olfativo de clase I; solo alrededor del 10% de los genes de receptores de olores humanos codifican este tipo. El código restante para los receptores Clase II, que normalmente reconocen una gama más amplia de olores. “Pueden tener mecanismos muy diferentes”, dice Vanessa Ruta, neurocientífica de la Universidad Rockefeller de Nueva York.
Estudiar otros ejemplos de receptores de olores humanos y dilucidar sus estructuras es crucial, agrega. «Esto permitirá una comprensión más amplia de las diferentes formas en que se reconocen los olores».
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