自然界中存在成千上萬種氣味分子,，動(dòng)物對(duì)這些氣味分子有著驚人的識(shí)別能力,。鼻中的嗅感覺神經(jīng)元（Olfactory sensory neuron，OSNs）可以直接感知?dú)馕秱魉头肿?，然后向大腦發(fā)生信號(hào),。人類中有1000多種不同類型的OR基因，廣泛分布于兩條染色體上,；小鼠,、狗和其他的動(dòng)物則有更多的OR基因。然而很久以來,，生物學(xué)家們一直疑惑于,，每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞如何只配備一種類型的嗅覺受體(OR)。
一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞最初選擇一個(gè)特定的等位基因有可能是概率性的,。然而一旦做出決定,，細(xì)胞如何鎖定選擇的等位基因，以及如何沉默其他的競爭基因,？解釋這一機(jī)制對(duì)于研究者們而言一直以來是一個(gè)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，科學(xué)家們找到了問題的答案：在于表觀遺傳機(jī)制,，其導(dǎo)致了染色體空間重排,。這一研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）雜志上。
在這篇文章中,，來自加州大學(xué)舊金山分校的Stavros Lomvardas領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組在小鼠中檢測了OR的表達(dá),。小鼠大約有2,800種不同的OR等位基因。
利用多種染色和標(biāo)記技術(shù),，Lomvardas和同事們發(fā)現(xiàn),，幾乎所有的OR基因都集中在幾個(gè)靠近嗅細(xì)胞核中心，以及異染色質(zhì)密集區(qū)域邊界上的位點(diǎn)內(nèi),。這些位點(diǎn)中的OR基因均不表達(dá)（沉默）,。
單一選擇的OR等位基因定位非常接近密集沉默區(qū)域，但卻跨過了基因富集常染色體區(qū)域的邊界,，因而容易表達(dá),。
一種稱作lamin b受體的特異蛋白表達(dá)減少，對(duì)于產(chǎn)生這種除一個(gè)之外所有OR基因的空間隔離至關(guān)重要,。在其他類型的細(xì)胞中,，lamin b受體將異染色質(zhì)錨定到細(xì)胞核被膜。在成熟嗅感覺神經(jīng)元中,，異染色質(zhì)則錨定在核中心,。
為了揭示這一機(jī)制作用機(jī)理,，Carolyn Larabell 和Mark LeGros在先進(jìn)光源國家X射線斷層攝影中心(NCXT)，構(gòu)建出了嗅神經(jīng)元的三維圖像,。無需固定和染色,，X射線斷層攝影可成像完整的含水細(xì)胞，生成檢測內(nèi)外部的三維圖像,。
研究人員發(fā)現(xiàn),，在野生型嗅覺神經(jīng)元中，lamin b受體表達(dá)受到抑制,，X射線斷層攝影揭示出沉默OR基因所在位點(diǎn)相應(yīng)的凝縮染色質(zhì)結(jié)構(gòu),，集中在中央異染色質(zhì)。
然而,，當(dāng)在嗅覺神經(jīng)元中驅(qū)動(dòng)lamin b受體表達(dá)時(shí),，整個(gè)細(xì)胞核擴(kuò)展。位點(diǎn)離開核中心,，重新定位靠近被膜,，隨后解聚；核膜自身發(fā)生折疊,。從前沉默的OR基因現(xiàn)在可以自由地表達(dá),，在這種情況下神經(jīng)元可能會(huì)將混合的氣味信號(hào)傳遞到大腦。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1016/j.cell.2012.09.043
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PMID:
Nuclear Aggregation of Olfactory Receptor Genes Governs Their Monogenic Expression
E. Josephine Clowney, Mark A. LeGros, Colleen P. Mosley, Fiona G. Clowney
Gene positioning and regulation of nuclear architecture are thought to influence gene expression. Here, we show that, in mouse olfactory neurons, silent olfactory receptor (OR) genes from different chromosomes converge in a small number of heterochromatic foci. These foci are OR exclusive and form in a cell-type-specific and differentiation-dependent manner. The aggregation of OR genes is developmentally synchronous with the downregulation of lamin b receptor (LBR) and can be reversed by ectopic expression of LBR in mature olfactory neurons. LBR-induced reorganization of nuclear architecture and disruption of OR aggregates perturbs the singularity of OR transcription and disrupts the targeting specificity of the olfactory neurons. Our observations propose spatial sequestering of heterochromatinized OR family members as a basis of monogenic and monoallelic gene expression.
