Μπερδεύοντας τα κύτταρα που ανιχνεύουν το πικρό και το γλυκό στις γλώσσες ποντικών, οι ερευνητές κατάφεραν να ξεδιαλύνουν πώς το γευστικό σύστημα καλωδιώνεται. Τα αποτελέσματα, από τον ερευνητή του Ινστιτούτου Ιατρικών Ερευνών Howard Hughes (HHMI) Charles Zuker στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια και τους συνεργάτες του, αποκαλύπτουν πώς τα κύτταρα επανασυνδέονται συνεχώς για να διατηρούν τις γευστικές ικανότητες να λειτουργούν ομαλά, επιτρέποντας στις πληροφορίες γεύσης να ρέουν από τη γλώσσα στον εγκέφαλο.
Η ικανότητα να αντιλαμβανόμαστε το γλυκό, το πικρό, το αλμυρό, το ξινό και το ουμάμι είναι έμφυτη, λέει ο Hojoon Lee, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Zuker, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης στο περιοδικό Nature. «Γεννιόμαστε με αποστροφή προς τις ξινές ή πικρές γεύσεις και με έλξη προς τα γλυκά», λέει.
Παρόλο που μπορεί να φαίνεται ότι η γεύση είναι απλώς ζήτημα ευχαρίστησης (ή ήπιας αηδίας), αυτές οι αποκρίσεις μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας για την επιβίωση, ειδικά για άλλα ζώα. Οι γλυκές γεύσεις μπορούν να σηματοδοτήσουν τροφές πλούσιες σε θρεπτικά συστατικά, ενώ οι πικρές γεύσεις μπορούν να σηματοδοτήσουν ένα θανατηφόρο δηλητήριο.
Για ένα τόσο σημαντικό έργο, το γευστικό σύστημα έχει εντυπωσιακά υψηλό ρυθμό ανανέωσης. Σαν μια σειρά από λαμπάκια Χριστουγέννων που τρεμοπαίζουν, τα κύτταρα στη γλώσσα που ανιχνεύουν τις γεύσεις πεθαίνουν και αντικαθίστανται συνεχώς. Αυτά τα κύτταρα, που ονομάζονται κύτταρα γευστικών υποδοχέων, είναι φωλιασμένα στους γευστικούς κάλυκες και ζουν μόνο περίπου δύο εβδομάδες — πράγμα που σημαίνει ότι τα βλαστοκύτταρα πρέπει να παράγουν συνεχώς νέα κύτταρα γευστικών υποδοχέων.
Η σύντομη διάρκεια ζωής των γευστικών κυττάρων δημιούργησε ένα αίνιγμα, λέει ο Zuker: Μέσα σε μια τόσο υψηλή ανανέωση, πώς το γευστικό σύστημα κάνει τη δουλειά του αξιόπιστα; Οι συνδέσεις μεταξύ των κυττάρων στους γευστικούς κάλυκες και των νευρώνων πρέπει να επανακαλωδιώνονται σωστά κάθε φορά για να λειτουργεί το γευστικό σύστημα. «Αν δεν συνδεθείς σωστά, θα πυροδοτείς τις λάθος συμπεριφορικές αποκρίσεις», λέει ο Zuker. Αλλά το πώς ακριβώς το γευστικό σύστημα κατάφερνε αυτό το κατόρθωμα ήταν ένα μυστήριο.
«Ουσιαστικά, ελάχιστα ήταν γνωστά για την καλωδίωση του γευστικού συστήματος», λέει ο Lee. Χρησιμοποιώντας εξελιγμένη γενετική και απεικόνιση μονής κυτταρικής λειτουργίας, ο Zuker, ο Lee και οι συνεργάτες τους δημιούργησαν γενετικά τροποποιημένα ποντίκια με μπερδεμένα γευστικά συστήματα. Στη συνέχεια, οι ερευνητές παρακολούθησαν πώς η λανθασμένη καλωδίωση συνέδεε κύτταρα υποδοχέων πικρού με νευρώνες γλυκού ή κύτταρα υποδοχέων γλυκού με νευρώνες πικρού.
Κάθε κύτταρο γευστικού υποδοχέα είναι συντονισμένο να ανιχνεύει μία από τις πέντε γεύσεις. Όταν το κύτταρο αναγνωρίζει μια χημική γεύση, μπαίνει αμέσως σε δράση. Αυτή η δραστηριότητα συλλαμβάνεται από μια δέσμη νεύρων που προέρχεται από νευρώνες γαγγλίων που βρίσκονται ακριβώς πίσω από τα αυτιά των ποντικών. Αυτοί οι νευρώνες στέλνουν μηνύματα γεύσης από τη γλώσσα στον εγκέφαλο.
Για να καταλάβουν πώς οι νευρώνες των γαγγλίων βρίσκουν και επανασυνδέονται με τα σωστά νεογέννητα κύτταρα γευστικών υποδοχέων, ο Zuker, ο Lee και οι συνεργάτες τους επικεντρώθηκαν στο πικρό και το γλυκό. Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που ονομάζεται RNA-seq, βρήκαν δύο μόρια που μπορεί να λειτουργούν ως κρίσιμα σήματα. Τα κύτταρα γευστικών υποδοχέων που ανιχνεύουν το πικρό παρήγαγαν ένα μόριο που ονομάζεται Semaphorin 3A, ενώ τα κύτταρα γευστικών υποδοχέων που ανιχνεύουν το γλυκό είχαν αφθονία ενός διαφορετικού, του Semaphorin 7A. Και τα δύο μόρια είναι γνωστό ότι βοηθούν τα νευρικά κυκλώματα να καλωδιωθούν σωστά.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές δοκίμασαν μεταλλαγμένα ποντίκια με κύτταρα γευστικών υποδοχέων πικρού που έλειπαν το Semaphorin 3A. Οι περισσότεροι νευρώνες γαγγλίων συνήθως συνδέονται με κύτταρα υποδοχέων που ανιχνεύουν όλα την ίδια γεύση. Αλλά χωρίς το Semaphorin 3A, οι προηγουμένως πικροί νευρώνες γαγγλίων επέκτειναν το ρεπερτόριό τους και έφτασαν σε άλλα είδη κυττάρων γευστικών υποδοχέων. Σχεδόν οι μισοί από αυτούς τους νευρώνες γαγγλίων ανταποκρίνονταν επίσης σε γλυκές, ουμάμι και αλμυρές γεύσεις, βρήκαν οι ερευνητές.
Ακολούθησαν περισσότερες μπερδέψεις. Όταν ποντίκια τροποποιήθηκαν γενετικά για να παράγουν το πικρό σήμα, Semaphorin 3A, σε κύτταρα γευστικών υποδοχέων γλυκού και ουμάμι (αντί στα αναμενόμενα κύτταρα γευστικών υποδοχέων πικρού), οι νευρώνες που κανονικά ανταποκρίνονται στο πικρό ανταποκρίνονταν τώρα και σε γλυκές γεύσεις. Η συμπεριφορά των ποντικών αντανακλούσε αυτή τη σύγχυση. Δυσκολεύονταν να διακρίνουν μεταξύ σκέτου νερού και νερού με τη χημική ουσία κινίνη, η οποία είναι πικρή.
Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν από πειράματα στα οποία το Semaphorin 7A, το γλυκό σήμα, παραγόταν σε κύτταρα γευστικών υποδοχέων πικρού. Τα κύτταρα γαγγλίων που συνήθως ανταποκρίνονται σε γλυκές γεύσεις άρχισαν τώρα να ανιχνεύουν και πικρές.
Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την ιδέα ότι συγκεκριμένα χημικά σήματα στα νεογέννητα κύτταρα γευστικών υποδοχέων μπορούν να τραβήξουν τις σωστές νευρικές συνδέσεις προς αυτά, δημιουργώντας κυτταρικούς δεσμούς που οδηγούν σε σωστή γευστική αίσθηση. «Καθώς γεννιούνται νέα γευστικά κύτταρα, παρέχουν τις σωστές οδηγίες για να εδραιωθεί η σωστή σύνδεση», λέει ο Zuker.
Τα πειράματα έγιναν σε ποντίκια, αλλά λόγω των ισχυρών ομοιοτήτων μεταξύ των γευστικών συστημάτων του ανθρώπου και του ποντικού, ο Lee υποψιάζεται ότι τα αποτελέσματα μπορεί να ισχύουν και για τους ανθρώπους. Και αποκαλύπτοντας πώς το γευστικό σύστημα αναδημιουργείται συνεχώς, η εργασία μπορεί να οδηγήσει σε βαθύτερη κατανόηση του πώς συναρμολογούνται και καλωδιώνονται οι αισθήσεις και πώς τα σήματά τους φτάνουν στον εγκέφαλο.
Περισσότερες πληροφορίες: Hojoon Lee et al, Rewiring the taste system, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature23299.
