Odorant Receptor Inhibition Is Fundamental to Odor Encoding

气味 生物 嗅球 受体 嗅上皮 嗅粘膜 感觉系统 转录组 嗅觉系统 对抗 嗅觉 神经科学 细胞生物学 生物化学 基因 基因表达 中枢神经系统
作者
Patrick Pfister,Benjamin C. Smith,Barry J. Evans,Jessica H. Brann,Casey Trimmer,Mushhood Sheikh,Randy Arroyave,Gautam Reddy,Hyo-Young Jeong,Daniel A. Raps,Zita Peterlin,Massimo Vergassola,Matthew E. Rogers
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:30 (13): 2574-2587.e6 被引量:126
标识
DOI:10.1016/j.cub.2020.04.086
摘要

Most natural odors are complex mixtures of volatile components, competing to bind odorant receptors (ORs) expressed in olfactory sensory neurons (OSNs) of the nose. To date, surprisingly little is known about how OR antagonism shapes neuronal representations in the detection layer of the olfactory system. Here, we investigated its prevalence, the degree to which it disrupts OR ensemble activity, and its conservation across phylogenetically related ORs. Calcium imaging microscopy of dissociated OSNs revealed significant inhibition, often complete attenuation, of responses to indole-a commonly occurring volatile associated with both floral and fecal odors-by a set of 36 tested odorants. To confirm an OR mechanism for the observed inhibition, we performed single-cell transcriptomics on OSNs exhibiting specific response profiles to a diagnostic panel of odorants and identified three paralogous receptors-Olfr740, Olfr741, and Olfr743-which, when tested in vitro, recapitulated OSN responses. We screened ten ORs from the Olfr740 gene family with ∼800 perfumery-related odorants spanning a range of chemical scaffolds and functional groups. Over half of these compounds (430) antagonized at least one of the ten ORs. OR activity fitted a mathematical model of competitive receptor binding and suggests normalization of OSN ensemble responses to odorant mixtures is the rule rather than the exception. In summary, we observed OR antagonism occurred frequently and in a combinatorial manner. Thus, extensive receptor-mediated computation of mixture information appears to occur in the olfactory epithelium prior to transmission of odor information to the olfactory bulb.
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