เซลล์รับกลิ่น

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
เซลล์ประสาท: เซลล์ประสาทรับกลิ่น
(Olfactory receptor neuron)
Riechschleimhaut.svg
ตำแหน่ง เยื่อรับกลิ่นในจมูก
หน้าที่ ตรวจจับร่องรอยสารเคมีในอากาศที่สูดเข้า (เพื่อได้กลิ่น)
สารสื่อประสาท กลูตาเมต[1]
สัณฐาน ปลายประสาทรับความรู้สึกแบบสองขั้ว (Bipolar sensory receptor)
เชื่อมต่อมาจาก ไม่มี
เชื่อมต่อไปสู่ ป่องรับกลิ่น (Olfactory bulb)
Gray's p.996
NeuroLex ID nifext_116
Code TH H3.11.07.0.01003
แผนภาพของเซลล์ประสาทรับกลิ่น

เซลล์ประสาทรับกลิ่น (อังกฤษ: olfactory receptor neuron ตัวย่อ ORN, olfactory sensory neuron ตัวย่อ OSN) เป็นเซลล์ที่ถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาทภายในระบบรับกลิ่น[2] เป็นเซลล์ที่อยู่ภายในเยื่อรับกลิ่นที่บุบางส่วนของโพรงจมูก (ประมาณ 5 ซม2 ในมนุษย์) บริเวณยอดเซลล์จะมีเส้นขนเล็ก ๆ (olfactory cilia) ที่ทำหน้าที่จับโมเลกุลกลิ่นจากสิ่งแวดล้อมที่เข้ามาภายในรูจมูก เซลล์จะถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาทแล้วส่งผ่านเส้นประสาทรับกลิ่น (olfactory nerve) ซึ่งวิ่งผ่านรูในกระดูก cribriform plate เหนือโพรงจมูกขึ้นไปยังป่องรับกลิ่นในสมอง[3] การรับกลิ่นของมนุษย์จะไม่พัฒนาเทียบเท่ากับสัตว์บางชนิดเช่นสุนัข ซึ่งมีประสาทรับกลิ่นที่ดีเยี่ยม

โครงสร้างและการทำงาน[แก้]

มนุษย์มีเซลล์ประสาทรับกลิ่นประมาณ 12 ล้านตัว[4] ซึ่งจะเปลี่ยนทุก ๆ 30-60 วันทดแทนด้วยเซลล์ต้นกำเนิดชั้นฐาน (basal stem cell) ที่พัฒนากลายเป็นเซลล์ประสาทรับกลิ่น[3] เทียบกับหนูที่มี 15 ล้านตัว[4] กับสุนัขทั่วไปที่มี 125-220 ล้านตัว และกับสุนัขบลัดฮาวด์ที่มีถึง 300 ล้านตัว[5]

เซลล์จะเป็นแบบเซลล์ประสาทสองขั้วโดยมีเดนไดรต์งอกออกจากส่วนยอดและหันออกจากแผ่นกระดูกพรุน (cribriform plate) และมีแอกซอนซึ่งไม่หุ้มปลอกไมอีลินและงอกออกจากส่วนฐานแล้ววิ่งผ่านรูแผ่นกระดูกขึ้นไปสุดที่ป่องรับกลิ่น (olfactory bulb) ซีกร่างกายเดียวกันในสมอง ตัวเซลล์จะอยู่ที่เยื่อรับกลิ่น (olfactory epithelium) ในช่องจมูก โดยกระจายไปตามชั้นทั้งสามของเนื้อเยื่อ[6] แอกซอนจากฐานจะรวมตัวกันเป็นมัดใยประสาทจำนวนมากที่รวม ๆ กันเรียกว่า ฆานประสาท (olfactory nerve, CN I) ก่อนจะวิ่งผ่านรูกระดูกพรุน[7]

ไม่เหมือนกับเซลล์ประสาทรับความรู้สึกอื่น ๆ เช่น เซลล์รับแสงในจอตา และเซลล์ขนในคอเคลีย เซลล์ประสาทรับกลิ่นเองมีแอกซอนคือสามารถส่งศักยะงานไปยังระบบประสาทส่วนกลางโดยไม่ต้องอาศัยเซลล์ประสาทอีกตัวหนึ่ง[8] นอกจากนั้น เซลล์ยังส่งสัญญาณไปยังระบบประสาทส่วนกลางคือป่องรับกลิ่นโดยไม่ผ่านทาลามัสเหมือนกับระบบรับความรู้สึกอื่น ๆ อีกด้วย โดยป่องรับกลิ่นจะทำหน้าที่นี้แทนทาลามัส[9]

เซลล์รับกลิ่นแต่ละตัวจะแสดงออกหน่วยรับกลิ่นเพียงแค่ชนิดเดียว แต่เซลล์หลายตัวจะแสดงออกหน่วยรับกลิ่นชนิดเดียวกันซึ่งจับกับโมเลกุลกลิ่นแบบเดียวกัน เซลล์รับกลิ่นที่มีหน่วยรับกลิ่นประเภทเดียวกันนี้จะอยู่จำกัดภายในโซนหลายโซนของเยื่อรับกลิ่นโดยกระจายไปอย่างสุ่มในโซนนั้น ๆ แอกซอนของเซลล์รับกลิ่นต่าง ๆ ที่มีหน่วยรับกลิ่นชนิดเดียวกัน จะวิ่งรวมเข้าที่โกลเมอรูลัส (glomerulus) โดยเฉพาะ ๆ ของป่องรับกลิ่นในซีกร่างกายเดียวกัน[10] และปกติจะส่งแอกซอนไปยังโกลเมอรูลัสเป็นคู่ในป่องรับกลิ่น โกลเมอรูลัสแต่ละอันจะอยู่ด้านตรงข้ามของป่องโดยมีเส้นแบ่งข้างวิ่งผ่านป่องในแนวทแยง[11]

ซีเลีย[แก้]

ซีเลียที่คล้ายขนเล็ก ๆ จำนวนมากจะยื่นออกจากเดนไดรต์อันเดียวของเซลล์รับกลิ่นส่วนยอด เข้าไปในชั้นเมือกหนาที่ปกคลุมผิวของเยื่อรับกลิ่น ผิวของซิเลียจะปกคลุมด้วยโปรตีนหน่วยรับกลิ่น (olfactory receptor, ตัวย่อ OR) ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของ G protein-coupled receptor หน่วยรับกลิ่นจะมีกลไกในการขยายสัญญาณกลิ่นและถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาท[3]

ซีเลียของเซลล์รับกลิ่นไม่มีโครงสร้างเหมือนกับซีเลียที่เคลื่อนที่ได้ (คือที่เป็นไมโครทิวบูลแบบ 9+2) แม้รูปอาจจะเหมือน แต่ซีเลียของเซลล์กลับสมบูรณ์ไปด้วยแอกตินและเหมือนกับ microvilli ของเยื่อบุผิวอื่น ๆ มากกว่า เช่นดังที่พบในปอดหรือในลำไส้ เป็นโครงสร้างที่ช่วยขยายขนาดพื้นที่ในการรับกลิ่นเป็นอย่างมาก มีโปรตีนหน่วยรับกลิ่นหลายอย่างที่จำเป็นในการถ่ายโอนสัญญาณกลิ่นเป็นกระแสประสาท และพบอย่างหนาแน่นหรือโดยส่วนเดียวที่ซีเลียของเซลล์รับกลิ่น[12]

หน่วยรับกลิ่นและกลไกการทำงาน[แก้]

ดูข้อมูลเพิ่มเติมที่: หน่วยรับกลิ่น

หน่วยรับกลิ่นซึ่งอยู่ที่เยื่อหุ้มซีเลีย ได้ระบุแล้วว่าเป็นช่องไอออนแบบ ligand-gated metabotropic channels[13] มียีนประมาณ 1,000 ยีนที่เข้ารหัสตัวรับความรู้สึกในมนุษย์ ทำให้เป็นกลุ่มยีนขนาดใหญ่ที่สุดในดีเอ็นเอมนุษย์ โมเลกุลกลิ่นจะละลายในเมือกของเยื่อรับความรู้สึกแล้วจับกับหน่วยรับความรู้สึก โดยแต่ละหน่วยสามารถจับกับโมเลกุลกลิ่นได้หลายชนิด แม้จะมีสัมพรรคภาพต่อกลิ่นต่าง ๆ ไม่เท่ากัน ความต่าง ๆ ทางสัมพรรคภาพเช่นนี้ จะเป็นเหตุเกิดการตอบสนองในรูปแบบต่าง ๆ โดยเป็นโปรไฟล์การตอบสนองต่อกลิ่นโดยเฉพาะ ๆ[14][15]

หน่วยรับกลิ่นที่จับกับโมเลกุลกลิ่นจะทำให้เกิดการส่งสัญญาณเป็นลำดับภายในเซลล์ ซึ่งในที่สุดก็ทำให้เซลล์ลดขั้วแล้วส่งศักยะงานไปยังป่องรับกลิ่น[16] โดยรายละเอียดก็คือ เมื่อจับกับกลิ่นแล้ว หน่วยรับกลิ่นจะเปลี่ยนโครงสร้างแล้วเริ่มการทำงานของ G protein ภายในเซลล์รับกลิ่นซึ่งอยู่ที่ปลาย carboxyl ของหน่วยรับกลิ่น G protein (Golf และ/หรือ Gs)[17] ซึ่งเป็นประเภทที่เฉพาะต่อระบบรับกลิ่น ก็จะเริ่มการทำงานของเอนไซม์ adenylate cyclase III (ACIII) ซึ่งเป็นเอนไซม์เฉพาะในระบบรับกลิ่นเช่นกัน และเพิ่มการปล่อย cyclic AMP (cAMP) ซึ่งทำหน้าที่เป็น second messenger โดยอาศัยอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) แล้ว cAMP ก็จะเปิดช่องไอออน cyclic nucleotide-gated ion channel ทำให้ไอออนแคลเซียม (Na+) และโซเดียม (Ca2+) ซึมเข้ามาในเซลล์ได้ แล้วทำให้เซลล์รับกลิ่นลดขั้ว (depolarized) นอกจากนั้น Ca2+ ที่เพิ่มขึ้นก็จะเปิดช่องไอออน Ca2+-gated Cl- channel ซึ่งขยายการลดขั้วของเซลล์ที่แพร่กระจายไปตามตัวเซลล์อย่างแพสซิฟจนถึงส่วน axon hillock ของตัวเซลล์ ซึ่งเป็นจุดที่สร้างศักยะงานอาศัยช่องไอออน voltage-regulated Na+ channel เพื่อส่งไปยังป่องรับกลิ่น[18]

การลดการตอบสนองของเซลล์รับกลิ่น[แก้]

การป้อนกลับในเชิงลบซึ่งลดการถ่ายโอนกลิ่นของเซลล์ประสาทรับกลิ่น กล่าวอีกอย่างก็คือ ลดการตอบสนองต่อกลิ่น

เซลล์ประสาทรับกลิ่นได้การป้อนกลับเชิงลบที่มีผลอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดการลดขั้ว คือเมื่อเซลล์กำลังลดขั้ว ช่อง cyclic nucleotide-gated ion channel ก็จะเปิดให้ไอออนโซเดียมและแคลเซียมไหลเข้าไปในเซลล์ การไหลเข้าของแคลเซียมจะเริ่มการทำงานเป็นลำดับภายในเซลล์ คือ ในขั้นแรก แคลเซียมจะเข้ายึดกับ calmodulin รวมเป็น CaM ซึ่งก็จะเข้ายึดกับ cyclic nucleotide-gated ion channel แล้วปิดช่อง ซึ่งหยุดการไหลเข้าของโซเดียมและแคลเซียม[19] CaM ก็จะเริ่มการทำงานของ CaMKII ซึ่งจะเพิ่มกลุ่ม Phosphoryl ให้กับ ACIII และลดการผลิต cAMP[20] CaMKII ยังเริ่มการทำงานของ phosphodiesterase ซึ่งจะสลาย cAMP ด้วยน้ำ[21] กระบวนการป้อนกลับเชิงลบจะมีผลยับยั้งไม่ให้เซลล์ตอบสนองเมื่อมีโมเลกุลกลิ่นเข้ามาอีก

ดูเพิ่ม[แก้]

เชิงอรรถและอ้างอิง[แก้]

  1. Berkowicz, D. A.; Trombley, P. Q.; Shepherd, G. M. (1994). "Evidence for glutamate as the olfactory receptor cell neurotransmitter". Journal of Neurophysiology 71 (6): 2557–61. PMID 7931535. 
  2. Vermeulen, A; Rospars, J. P. (1998). "Dendritic integration in olfactory sensory neurons: A steady-state analysis of how the neuron structure and neuron environment influence the coding of odor intensity". Journal of computational neuroscience 5 (3): 243–66. PMID 9663551. 
  3. 3.0 3.1 3.2 Buck & Bargmann 2013, A Large Number of Olfactory Receptor Proteins Initiate the Sense of Smell, 713-716
  4. 4.0 4.1 Purves et al 2008a, Figure 15.2 Odorant perception in mammals., p. 366
  5. Coren, Stanley (2004). How Dogs Think. First Free Press, Simon & Schuster. pp. 0–7432–2232–6. 
  6. Cunningham, A.M.; Manis, P.B.; Reed, R.R.; Ronnett, G.V. (1999). "Olfactory receptor neurons exist as distinct subclasses of immature and mature cells in primary culture". Neuroscience 93 (4): 1301–12. PMID 10501454. doi:10.1016/s0306-4522(99)00193-1. 
  7. Purves et al 2008a, Figure 15.1-Organization of the human olfactory system, p. 364
  8. Purves et al 2008a, The Olfactory Bulb, pp. 378-381
  9. Purves et al 2008a, The Organization of the Olfactory System, pp. 363-365
  10. McEwen, D. P (2008). "Olfactory cilia: our direct neuronal connection to the external world.". Curr. Top. Dev. Biol. 85: 333–370. doi:10.1016/S0070-2153(08)00812-0. 
  11. Buck & Bargmann 2013a, Sensory Inputs in the Olfactory Bulb Are Arranged by Receptor Type, pp. 717-719
  12. Purves et al 2008a, Olfactory Epithelium and Olfactory Receptor Neurons, pp. 369-372
  13. Touhara, Kazushige (2009). "Insect Olfactory Receptor Complex Functions as a Ligand-gated Ionotropic Channel". Annals of the New York Academy of Sciences 1170: 177–80. Bibcode:2009NYASA1170..177T. PMID 19686133. doi:10.1111/j.1749-6632.2009.03935.x. 
  14. Bieri, S.; Monastyrskaia, K; Schilling, B (2004). "Olfactory Receptor Neuron Profiling using Sandalwood Odorants". Chemical Senses 29 (6): 483–7. PMID 15269120. doi:10.1093/chemse/bjh050. 
  15. Fan, Jinhong; Ngai, John (2001). "Onset of Odorant Receptor Gene Expression during Olfactory Sensory Neuron Regeneration". Developmental Biology 229 (1): 119–27. PMID 11133158. doi:10.1006/dbio.2000.9972. 
  16. Buck & Bargmann 2013, Mammals Share a Large Family of Odorant Receptors, 714-715
  17. Jones, DT; Reed, RR (1989-05). "Golf: an olfactory neuron specific-G protein involved in odorant signal transduction". Science 244 (4906): 790–5. Bibcode:1989Sci...244..790J. PMID 2499043. doi:10.1126/science.2499043. 
  18. Purves et al 2008a, The Transduction of Olfactory Signals, pp. 375-378
  19. Bradley, J; Reuter, D; Frings, S (2001). "Facilitation of calmodulinmediated odor adaptation by cAMP-gated channel subunits". Science 294: 2176–2178. PMID 11739960. doi:10.1126/science.1063415. 
  20. Wei, J; Zhao, AZ; Chan, GC; Baker, LP; Impey, S; Beavo, JA; Storm, DR (1998). "Phosphorylation and inhibition of olfactory adenylyl cyclase by CaM kinase II in Neurons: a mechanism for attenuation of olfactory signals". Neuron 21: 495–504. PMID 9768837. doi:10.1016/s0896-6273(00)80561-9. 
  21. Yan, C; Zhao, AZ; Bentley, JK; Loughney, K; Ferguson, K; Beavo, JA (1995). "Molecular cloning and characterization of a calmodulin-dependent phosphodiesterase enriched in olfactory sensory neurons". Proc Natl Acad Sci USA 92: 9677–9681. doi:10.1073/pnas.92.21.9677. 

แหล่งอ้างอิงอื่น ๆ[แก้]

Neuroscience (2008)
  • Purves, Dale; Augustine, George J; Fitzpatrick, David; Hall, William C; Lamantia, Anthony Samuel; McNamara, James O; White, Leonard E, ed. (2008a). "15 - The Chemical Senses". Neuroscience (4th ed.). Sinauer Associates. pp. 363–393. ISBN 978-0-87893-697-7. 
Principles of Neural Science (2013)
  • Buck, Linda B; Bargmann, Cornelia I (2013). "32 - Smell and Taste: The Chemical Senses". In Kandel, Eric R; Schwartz, James H; Jessell, Thomas M; Siegelbaum, Steven A; Hudspeth, AJ. Principles of Neural Science (5th ed.). United State of America: McGraw-Hill. pp. 712–734. ISBN 978-0-07-139011-8. 

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]