Science:昆蟲異源氣味受體感知氣味的結構基礎

2024年6月13日,來自美國哈佛醫學院Josefina del Mármol小組在《科學》雜志上發表了標題“Structural basis of odor sensing by insect heteromeric odorant receptors.”的研究成果,揭示了昆蟲異源氣味受體感知氣味的結構基礎。

 

動物依賴嗅覺做出一些重要的行為反應。例如,蚊子利用它們的嗅覺來尋找人類宿主并一飽血餐,從而可能傳播像瘧疾、登革熱和黃熱病等病原體。因此,針對蚊子嗅覺的研究具有重要的公共衛生價值。包括蚊子在內的大多數昆蟲的嗅覺感知依賴于氣味受體——一種氣味劑激活的離子通道。這樣的離子通道通常是由氣味劑結合亞基(odorant-binding subunit ,OR)和保守的共同受體(co-receptor subunit , Orco)?組成的異四聚體復合物。然而此前關于蚊子嗅覺受體組裝和激活的分子機制尚不明確。

 

研究人員表示大多數昆蟲都通過氣味激活的離子通道復合物檢測氣味,該復合物由一個不同的氣味劑結合亞基(OR)和一個保守的共受體亞基(Orco)組成。

 

作為了解氣味如何激活這些異源受體的基礎,研究人員報告了兩種不同的異源氣味受體復合物的冷凍電鏡(cryo-EM)結構,這些復合物含有來自疾病媒介蚊子埃及伊蚊岡比亞按蚊的OR。

圖1 AaOR10/Orco以1:3組裝形成復合物

 

研究人員首先聚焦在了蚊子中OR10受體家族,這一嗅覺受體家族能夠響應吲哚及其衍生物。然而一開始嘗試表達埃及伊蚊(Ae. aegypti)的OR10以及Orco并未獲得可以用于結構解析的理想的蛋白復合物??紤]到Orco的高度保守和不同物種上功能相互替代的性質,研究人員最終成功共表達了埃及伊蚊的OR10和此前已有結構研究的來自榕小蜂(Apocrypta bakeri)的Orco復合物,AaOR10/Orco。電生理實驗證明了AaOR10的配體——鄰甲酚(o-cresol)同樣可以激活異源的AaOR10/Orco復合物。作者對使用化學劑量比1:1的AaOR10/Orco病毒載體(OR 上帶tag)轉染的HEK 293細胞進行復合物提取,成功獲取分辨率為2.9 ?的AaOR10/Orco復合物。令人意外的是,OR 和 Orco呈現1:3的組裝方式(圖1)。進一步使用不同劑量比的OR/Orco 轉染,均不影響這種1:3組裝的結果(通過分子篩和SDS-PAGE衡量)。

 

o-cresol結合如何引發離子通道的開放?

結合o-cresol的AaOR10/Orco復合物,同樣拿到2.9 ?分辨率。對比分析揭示了進一步分析揭示o-cresol結合OR引發的離子通道開放機制。此外,在未添加o-cresol的數據集中同時捕獲了開放和閉合兩種狀態的復合物結構,表明在沒有氣味分子存在時,嗅覺受體的開放和閉合兩種狀態可能處于動態平衡中。在閉合狀態下觀測到了推測為脂質的密度,脂質的一端占據了在o-cresol結合OR的口袋,破壞了關鍵氨基酸N125與Q292的互作,從而將復合物穩定在了閉合狀態。o-Cresol 的結合能夠阻止脂質的結合,并且將復合物穩定在開放狀態,最終導致離子通道激活。

 

這些結構揭示了1個OR與3個Orco亞基之間意想不到的配比關系。氣味劑結合和未結合狀態下的結構比較表明,氣味劑與唯一的OR亞基結合就足以打開通道孔,這揭示了OR的激活機制和理解昆蟲氣味受體敏感性演化的概念框架。

 

文章來源:

Jiawei Zhao, Andy Q. Chen, Jaewook Ryu, Josefina del Mármol et al,Structural basis of odor sensing by insect heteromeric odorant receptors.DOI: adn6384,Science:最新IF:63.714

 

艾美捷科技優勢代理品牌

發表評論

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: