Знание особенностей строения и работы обонятельных рецепторных клеток необходимо для активного вмешательства при некоторых патологических состояниях органов обоняния

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Обоняние относится к пяти чувствам, которые интересовали человека с незапамятных времен, но успехи в понимании молекулярных механизмов обонятельной рецепции достигнуты в последние годы. Методами биохимического, генетического, иммуноцитохимического анализа идентифицированы рецепторные молекулярные комплексы в обонятельных жгутиках и показано, что они принадлежат большому семейству рецепторов, сопряженных с G-белками (Boyle et al., 1987; Lancet, 1987; Clyne et al., 1999; Dryer, Berghard, 1999).

Выявлены ключевые ферменты путей сигнальной трансдукции – аденилатциклаза и фосфолипаза С (Bakalyar et al., 1990; Menco et al., 1992; Iorgenko, Levin, 2000). Образующиеся при их участии вторичные посредники (соответственно цАМФ и IP3) открывают кальциевые каналы в мембране обонятельных жгутиков (Restrepo et al., 1992; Matsuzaki et al., 1999), что обеспечивает сопряжение между конформационными изменениями рецепторных молекулярных комплексов и электрическими процессами, осуществляющими передачу информации в центральную нервную систему.

Однако достижения в изучении механизмов обонятельной трансдукции, закрыв немало прежних вопросов, поставили еще больше новых. Установлено, что в рецепции одорантов участвует аденилатциклазный путь трансдукции, а в восприятии феромонов – фосфоинозитидный путь. Однако есть данные о том, что последний осуществляет трансдукцию сигналов и в обонятельных клетках, но до сих пор не выяснено, в каких взаимоотношениях находятся эти пути в обеспечении обонятельной рецепции. Нет ответа на вопросы о возможном участии в ней других сигнальных систем, в частности тирозинкиназной, о возможных различиях в вовлечении тех или иных вторичных мессенджеров в трансдукцию сигналов об одорантах, обладающих качественно разными запахами. Не прослежена последовательность включения в обонятельную трансдукцию компонентов сигнальной системы, активируемой данным пахучим веществом.

Если во вкусовой, каротидной и медуллярной рецепции доказано наличие гетерогенных механизмов восприятия качественно разных агентов (Самойлов и др., 1978; Самойлов и др., 1980; Лотарев, Самойлов, 1986, 1987), то исследователи обонятельной системы до сих пор не задумывались о возможной гетерогенности первичных рецепторных процессов при обонянии веществ, обладающих различными запахами.

Нет сведений об энергетическом метаболизме обонятельных клеток, включая обеспечение энергией двигательной активности обонятельных жгутиков, а это тормозит развитие весьма интересных представлений А.А.Бронштейна (1966, 1977) о важной роли цилиарной подвижности в активном поиске одорантов, растворенных в обонятельной слизи. Не установлены различия в изменениях движений жгутиков под действием качественно разных одорантов.

По нашему мнению, изучение механизмов обонятельной рецепции с позиций теории гетерогенности хемосенсорных систем (Самойлов, 1983) может иметь как теоретическое, так и практическое значение для биологии и медицины, животноводства, парфюмерии и бионики. Известна высокая чувствительность, специфичность и широкий диапазон воспринимаемых обонятельными клетками запахов, которые обеспечиваются специфическими механизмами их восприятия. Биофизические механизмы узнавания запахов могут быть основой для создания искусственных обонятельных сенсоров (Минор, Зинкевич, 1997). Предпринимаются попытки использования принципов, лежащих в основе этих специфических для рецепторных клеток свойств, для моделирования сверхчувствительных приборов химического анализа (Ганшин, Зинкевич, 2002).

Изучение механизмов действия, воспроизведение и синтез в промышленных масштабах веществ, обладающих отпугивающими или привлекательными запахами, могут сыграть решающую роль в овладении методами активного управления поведением и регулирования численности полезных или вредных для человека животных.

Важное практическое значение имеет использование одорантов в качестве простого инструмента для воздействия на эмоции человека. В частности, показано (Villemure et al., 2003), что запахи могут вызывать эмоциональные состояния, снижающие восприятие боли.

Знание особенностей строения и работы обонятельных рецепторных клеток необходимо для активного вмешательства при некоторых патологических состояниях органов обоняния.

У животных и человека известны различного рода аносмии. Электрофизиологический анализ мышей со специфической аносмией показал, что дефект обоняния связан с нарушениями в периферическом отделе анализатора и не влияет на механизм центральной обработки (Lancet, 1986; Griff, Reed, 1995). Одной из причин специфической аносмии может быть дефицит циклических нуклеотидов (Winstock et al., 1986). Полагают, что этот феномен является следствием мутации или дефицита гена, кодирующего белок для одного из типов молекулярного обонятельного рецептора (Lancet, 1986).

Вместе с тем известно, что нарушения обоняния у человека вызывают развитие состояния тревожности, стойкие депрессивно-подобные изменения поведения вплоть до депрессий, которые вызываются не только повышенной тревожностью, но и отсутствием положительных эмоций, получаемых от сенсорной стимуляции (Макарчук, Калуев, 2000). Показано также (Bello, Rummler, 1980), что при сенсорном обонятельном дефиците возникает гипокликемия.

В настоящее время предпринимаются попытки помочь пациентам с такой патологией. Известно, что люди со специфической аносмией способны приобретать долгосрочную периферическую чувствительность к данному пахучему веществу после повторного длительного воздействия его высоких концентраций. Реакция стабильна и держится до 6 недель. Полагают, что появление чувствительности связано со стимул-зависимой активацией экспрессии специфического рецептора. Длительное воздействие стимула приводит к повышению уровней вторичных посредников, которые могут положительно регулировать генную экспрессию для одного или более компонентов сигнального пути (Griff, Reed, 1995).