Das verdrahtete Geschmackssystem zeigt, wie sich Aromen von der Zunge zum Gehirn bewegen

Das verdrahtete Geschmackssystem zeigt, wie sich Aromen von der Zunge zum Gehirn bewegen

Breakfast in Ukraine food review in Lviv (Львів) (Februar 2019).

Anonim

Indem sie bitter- und süßsinnige Zellen auf den Zungen von Mäusen verwickeln, haben Forscher herausgefunden, wie sich das Geschmackssystem selbst vernetzt. Die Ergebnisse des Howard Hughes Medical Institutes (HHMI), Investigator Charles Zuker von der Columbia University und Kollegen, zeigen, wie sich die Zellen ständig neu verbinden, um die Geschmacksfähigkeiten flüssig zu halten und die Geschmacksinformation von der Zunge zum Gehirn fließen zu lassen.

Die Fähigkeit, süß, bitter, salzig, sauer und pikant (auch Umami genannt) zu erkennen, ist angeboren, sagt Hojoon Lee, ein Postdoktorand in Zukers Labor, der die Studie leitete, die am 9. August in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wird . "Wir sind geboren, um sauren oder bitteren Geschmack abgeneigt zu sein und zu süßen Dingen angezogen zu werden", sagt er.

Obwohl es scheint, dass der Geschmack nur eine Frage des Vergnügens (oder des leichten Ekels) ist, können diese Antworten der Schlüssel zum Überleben sein, besonders für andere Tiere. Süßer Geschmack kann nährstoffreiche Kost signalisieren, während bittere Geschmäcker ein tödliches Gift markieren können.

Für eine so wichtige Aufgabe hat das Geschmackssystem einen bemerkenswert hohen Umsatz. Wie eine Kette von weihnachtlichen Weihnachtslichtern sterben die Zellen auf der Zunge, die Geschmack erkennen, ständig und werden ersetzt. Diese Zellen, so genannte Geschmacksrezeptorzellen, sind auf den Geschmacksknospen eingebettet und leben nur etwa zwei Wochen lang - was bedeutet, dass Stammzellen ständig neue Geschmacksrezeptorzellen entwickeln müssen.

Die kurze Lebensdauer der Geschmackszellen hat ein Rätsel aufgeworfen, sagt Zuker: Wie funktioniert das Geschmackssystem bei solch hohen Umsätzen zuverlässig? Verbindungen zwischen Zellen in den Geschmacksknospen und Neuronen müssen jedes Mal korrekt verdrahtet werden, damit das Geschmackssystem funktioniert. "Wenn Sie sich nicht richtig verbinden, werden Sie die falschen Verhaltensreaktionen auslösen", sagt Zuker. Aber wie das Geschmackssystem diese Leistung vollbrachte, war ein Mysterium.

"Im Wesentlichen war sehr wenig über die Verkabelung des Geschmackssystems bekannt", sagt Lee. Mit einer ausgefeilten Genetik und einer funktionellen Einzelbildgebung entwickelten Zuker, Lee und Kollegen genetisch veränderte Mäuse mit gemischten Geschmackssystemen. Dann beobachteten die Forscher, wie die Fehlverdrahtung bittere Geschmacksrezeptorzellen mit süßen Neuronen oder süßen Rezeptorzellen mit bitteren Neuronen verband.

Jede Geschmacksrezeptorzelle ist darauf abgestimmt, einen der fünf Geschmacksrichtungen zu erkennen. Wenn die Zelle einen chemischen Geschmack erkennt, springt sie in Aktion. Diese Aktivität wird von einem Nervenbündel übernommen, das aus Ganglionneuronen direkt hinter den Ohren der Mäuse stammt. Diese Neuronen senden Geschmacksmeldungen von der Zunge an das Gehirn.

Um herauszufinden, wie Ganglionneuronen die korrekten, neu geborenen Geschmacksrezeptorzellen finden und wieder verbinden, konzentrierten sich Zuker, Lee und Kollegen auf bitter und süß. Mit einer Methode namens RNA-seq fanden sie zwei Moleküle, die als kritische Signale fungieren können. Bittererfassende Geschmacksrezeptorzellen produzierten ein Molekül namens Semaphorin 3A, während süß schmeckende Geschmacksrezeptorzellen eine Vielzahl von verschiedenen, Semaphorin 7A, aufwiesen. Es ist bekannt, dass beide Moleküle helfen, neuronale Schaltkreise korrekt zu verkabeln.

Als nächstes testeten die Forscher mutierte Mäuse mit bittersinnigen Geschmacksrezeptorzellen, denen Semaphorin 3A fehlte. Die meisten Ganglionneuronen hängen normalerweise mit Rezeptorzellen zusammen, die alle denselben Geschmack wahrnehmen. Aber ohne Semaphorin 3A erweiterten bisher erbitterte Ganglionneurone ihr Repertoire und griffen auf andere Arten von Geschmacksrezeptorzellen zurück. Fast die Hälfte dieser Ganglienzellen reagierten auch auf süße, umami und salzige Aromen, fanden die Forscher.

Weitere Verwechslungen folgten. Wenn Mäuse genetisch manipuliert wurden, um das bittere Signal, Semaphorin 3A, in Süß- und Umami-Geschmacksrezeptorzellen (eher als in den erwarteten bitteren Geschmacksrezeptorzellen) zu erzeugen, reagierten die Neuronen, die normalerweise auf bitter reagieren, nun auch auf süße Geschmäcker. Das Verhalten der Mäuse spiegelte diese Verwirrung wider. Sie hatten Schwierigkeiten, zwischen reinem Wasser und Wasser zu unterscheiden, das mit dem bitteren chemischen Chinin versetzt war.

Ähnliche Ergebnisse kamen von Experimenten, in denen Semaphorin 7A, das süße Signal, in bitterempfindlichen Geschmacksrezeptorzellen produziert wurde. Ganglienzellen, die normalerweise auf süße Aromen reagieren, entdecken jetzt auch bittere.

Die Ergebnisse bestätigen die Idee, dass spezifische chemische Signale in neugeborenen Geschmacksrezeptorzellen die richtigen Nervenzellenverbindungen zu ihnen ziehen können, wodurch zelluläre Verbindungen geschaffen werden, die zu einem richtigen Geschmackserlebnis führen. "Wenn neue Geschmackszellen geboren werden, liefern sie die richtigen Anweisungen, um die richtige Verbindung herzustellen", sagt Zuker.

Die Experimente wurden in Mäusen durchgeführt, aber aufgrund der starken Ähnlichkeiten zwischen den Geschmackssystemen von Mensch und Mäusen, vermutet Lee, dass die Ergebnisse auch auf Menschen zutreffen. Und durch die Enthüllung, wie sich das Geschmackssystem ständig neu entwickelt, kann die Arbeit zu einem tieferen Verständnis darüber führen, wie die Sinne zusammengesetzt und verdrahtet werden und wie ihre Signale ihren Weg zum Gehirn finden.