2024年6月13日，来自美国哈佛医学院Josefina del Mármol小组在《科学》杂志上发表了标题“Structural basis of odor sensing by insect heteromeric odorant receptors.”的研究成果，揭示了昆虫异源气味受体感知气味的结构基础。
动物依赖嗅觉做出一些重要的行为反应。例如，蚊子利用它们的嗅觉来寻找人类宿主并一饱血餐，从而可能传播像疟疾、登革热和黄热病等病原体。因此，针对蚊子嗅觉的研究具有重要的公共卫生价值。包括蚊子在内的大多数昆虫的嗅觉感知依赖于气味受体——一种气味剂激活的离子通道。这样的离子通道通常是由气味剂结合亚基（odorant-binding subunit ，OR)和保守的共同受体（co-receptor subunit , Orco) 组成的异四聚体复合物。然而此前关于蚊子嗅觉受体组装和激活的分子机制尚不明确。
研究人员表示大多数昆虫都通过气味激活的离子通道复合物检测气味，该复合物由一个不同的气味剂结合亚基（OR）和一个保守的共受体亚基（Orco）组成。
作为了解气味如何激活这些异源受体的基础，研究人员报告了两种不同的异源气味受体复合物的冷冻电镜（cryo-EM）结构，这些复合物含有来自疾病媒介蚊子埃及伊蚊或冈比亚按蚊的OR。
图1 AaOR10/Orco以1：3组装形成复合物
研究人员首先聚焦在了蚊子中OR10受体家族，这一嗅觉受体家族能够响应吲哚及其衍生物。然而一开始尝试表达埃及伊蚊（Ae. aegypti）的OR10以及Orco并未获得可以用于结构解析的理想的蛋白复合物。考虑到Orco的高度保守和不同物种上功能相互替代的性质，研究人员最终成功共表达了埃及伊蚊的OR10和此前已有结构研究的来自榕小蜂（Apocrypta bakeri）的Orco复合物，AaOR10/Orco。电生理实验证明了AaOR10的配体——邻甲酚（o-cresol）同样可以激活异源的AaOR10/Orco复合物。作者对使用化学剂量比1：1的AaOR10/Orco病毒载体（OR 上带tag）转染的HEK 293细胞进行复合物提取，成功获取分辨率为2.9 Å的AaOR10/Orco复合物。令人意外的是，OR 和 Orco呈现1：3的组装方式（图1）。进一步使用不同剂量比的OR/Orco 转染，均不影响这种1：3组装的结果（通过分子筛和SDS-PAGE衡量）。
o-cresol结合如何引发离子通道的开放？
结合o-cresol的AaOR10/Orco复合物，同样拿到2.9 Å分辨率。对比分析揭示了进一步分析揭示o-cresol结合OR引发的离子通道开放机制。此外，在未添加o-cresol的数据集中同时捕获了开放和闭合两种状态的复合物结构，表明在没有气味分子存在时，嗅觉受体的开放和闭合两种状态可能处于动态平衡中。在闭合状态下观测到了推测为脂质的密度，脂质的一端占据了在o-cresol结合OR的口袋，破坏了关键氨基酸N125与Q292的互作，从而将复合物稳定在了闭合状态。o-Cresol 的结合能够阻止脂质的结合，并且将复合物稳定在开放状态，最终导致离子通道激活。
这些结构揭示了1个OR与3个Orco亚基之间意想不到的配比关系。气味剂结合和未结合状态下的结构比较表明，气味剂与唯一的OR亚基结合就足以打开通道孔，这揭示了OR的激活机制和理解昆虫气味受体敏感性演化的概念框架。
文章来源：
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
