嗅觉感受蛋白

嗅觉系统能够区分大量的气味分子。嗅觉受体由G蛋白偶联受体的超大亚家族编码。这些受体与许多神经递质和激素受体共有7个跨膜结构域结构。它们负责识别和G蛋白介导的气味信号转导。编码这些受体的基因在其编码区中没有内含子，但是具有长的内含子，剪接了5个主要的非翻译区（Schurmans等，1993）的摘要。

OR1D2被认为在人类精子趋化中起作用，并且可能是受精过程的关键组成部分（Spehr等，2003）。

细胞遗传学位置：17p13.3
基因座标（GRCh38）：17：3,088,483-3,104,421

▼ 克隆和表达
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Schurmans等（1993）通过与通过PCR获得的基因片段交叉杂交，从基因组文库克隆了嗅觉受体基因家族的成员OLFR1。

Spehr等（2003）鉴定了OR17-4，人的睾丸嗅觉感受器。使用比例荧光成像，通过一小部分所施加的化学刺激诱导钙信号，从而为HEK293细胞中重组表达的受体和人类精子中的天然受体建立了分子感受野。布尔古纳对于重组和天然受体类型都是强大的激动剂，并且在随后的行为生物测定中是强大的化学吸引剂。相比之下，十一烷是对布尔贡烷和相关化合物的有效嗅觉受体拮抗剂。Spehr等（2003年）得出结论，人类OR17-4在人类精子趋化性中起作用，并且可能是受精过程的关键组成部分。

▼ 基因功能
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Nekrasova等（1996）在昆虫细胞中过表达人（OR17-4）和大鼠（olp4）嗅觉受体基因，纯化它们，并对其进行生化表征。他们通过电泳鉴定了对应于分子量32、69和94 kD的蛋白质的单体，二聚体和三聚体形式。该低聚物对还原和烷基化具有抗性，因此被认为是通过SDS抗性疏水相互作用结合在一起的，这与其他G蛋白偶联受体的观察结果一致。

▼ 测绘
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通过同位素原位杂交，Schurmans等（1993）将OLFR1基因定位于17p13-p12，并在17p13带处出现一个峰。在3号染色体上检测到一个次要峰，最大峰出现在3q13-q21区域。MspI消化后，证明了RFLP。通过对3个CEPH家谱的研究，他们证明了在17pter-p12与D17S126的连锁关系。在θ= 0.0时最大lod = 3.6。cDNA在中等严格条件下用作Southern印迹的探针，可与至少3个紧密相关的基因杂交。

▼ 基因家族
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巴克和阿克塞尔（Buck and Axel（1991））发现了这个庞大的基因家族，它们编码假定的气味受体基因。Buck和Axel（1991）从大鼠中分离出OR基因是基于3个假设。首先，OR可能是G蛋白偶联受体，其特征是7跨膜蛋白。第二，OR可能是相当大的多基因家族的成员，因为脊椎动物的嗅觉系统可以检测到并区分出大量具有截然不同结构的化学物质。第三，OR可能在嗅觉感觉神经元中选择性表达。

Issel-Tarver和Rine（1997）我们对狗中首次发现的四个嗅觉受体基因亚家族进行了比较研究，以评估哺乳动物进化过程中基因家族的变化，并开始将狗的遗传图谱与人类的遗传图谱联系起来。这四个家族在犬基因组中由OLF1，OLF2，OLF3和OLF4命名。这四个基因代表的亚家族的大小在2到20个基因之间。它们全部在犬嗅觉上皮中表达，但在犬肺，肝，卵巢，脾，睾丸或舌头中未检测到表达。OLF1和OLF2子家族在狗基因组以及人类基因组中紧密相连。最小的家族由犬OLF1基因代表。使用狗的基因探针分别与来自24种体细胞杂种系的基因组DNA的Southern杂交，Issel-Tarver和Rine（1997）表明，人类同源的OLF1亚家族对应到人类11号染色体。与犬OLF2基因最相似的人类基因也对应到11号染色体。与犬OLF3杂交的人类亚家族的两个成员。它们位于第7号染色体上。很难确定与犬OLF4探针杂交的人类基因在哪条染色体上。该亚科在小鼠和仓鼠以及人类中都很大，因此啮齿动物的背景在很大程度上掩盖了人类的交叉杂交带。但是，有可能在对应于人类19号染色体的印迹中辨别出一些人类特异性条带。Issel-Tarver和Rine（1997）通过与对应到11q11的YAC杂交来完善人OLF1同源物的映射。在狗中，OLF1和OLF2的亚家族彼此之间相距45 kb以内（Issel-Tarver和Rine（1996））。Issel-Tarver和Rine（1997）证明在人类中，OLF1和OLF2同源物同样紧密相连。通过研究YAC，Issel-Tarver和Rine（1997）发现人类OLF3同源物对应到7q35。通过与犬OLF4基因探针杂交来筛选19号染色体特异性粘粒文库，并且即使在高严格性下也与探针强烈杂交的克隆位于19p13.1和19p13.2。然而，这些克隆占同源人类条带的一小部分。

Rouquier等（1998）证明了嗅觉受体基因家族的成员分布在除少数人类染色体上的所有染色体上。通过荧光原位杂交分析，他们显示OR序列位于人类基因组中25个以上的位置。它们的分布偏向于染色体臂的末端带。流分类的染色体用于分离源自16条染色体的87个OR序列。它们的序列关系表明负责OR家族扩展的染色体间和染色体内重复。Rouquier等（1998）确定人类基因组已经积累了惊人数量的功能障碍拷贝：发现这些序列的72％是假基因。含有ORF的序列在7号，16号和17号染色体上占主导地位。

赵等（1998年）提供了功能证据，证明一个OR基因编码一种加味剂受体。

Mombaerts（1999）综述了脊椎动物气味受体基因的分子生物学。根据Mombaerts（1999）的报道，已有150多个人OR克隆的序列。除了睾丸OR基因外，人类OR基因的伪基因频率很高，因此与其他物种的OR基因显着不同。研究表明，单个嗅觉感觉神经元表达OR谱的一小部分。在大鼠和小鼠中，表达相同OR的神经元轴突汇聚到嗅球中定义的肾小球上。

Fuchs等（2001年）将嗅觉受体基因库称为嗅觉亚基因组，他分析了224种通过文献调查，在14个基因组簇上进行数据挖掘以及以OR为目标的实验测序策略衍生的基因。这组基因至少包含53％的假基因，并且最少分为11个基因家族。一个家庭的灵长类动物经历了特别广泛的扩张。

2002年在线人类嗅觉受体基因数据库被称为HORDE（人类嗅觉受体数据探索者），该数据库已鉴定出906个人类嗅觉受体基因，其中60％以上是假基因。仅第20和Y染色体似乎没有嗅觉受体基因。11号染色体包含最多数量的OR基因，聚集在着丝粒和端粒附近的短臂上。

17p嗅觉受体基因簇

Ben-Arie等（1994）克隆了16个人OLFR基因，全部来自17p13.3。无内含子编码区被定位到一个350kb的连续簇，平均基因间隔为15kb。簇中的OLFR基因属于4个不同的基因亚家族，显示出与任何随机选择的OLFR组一样多的序列变异性。这表明该簇可能是祖先OLFR基因全集的几个副本之一，其存在可能早于哺乳动物的分化。通过荧光原位杂交以及体细胞杂交作图定位到17p13.3。

Glusman等（1996年）描述了跨越17p13.3的OR基因簇中心的富含OR的粘粒完全测序的结果。产生的40kb序列揭示了3个已知的OR编码区，2个可能来自串联复制事件的OR基因以及与另一个OR基因融合的新OR假基因。

嗅觉受体基因在哺乳动物基因组中有许多簇。Glusman等人对17p13.3上的簇进行了完全测序（2000），包括在人类嗅觉亚基因组的预期的数百个中的17个OR基因。该簇中的OR基因属于各种家族和亚家族。相反，在不同的簇和不同的染色体上发现了同一家族的基因（Sullivan等，1996；Rouquier等，1998），这表明基因和簇重复的历史很复杂。通过“数据挖掘”，Glusman等人（2000年）在24种脊椎动物中鉴定了831个OR编码区（包括假基因）。基于发散进化模型，提出了OR基因超家族的命名系统。

基因功能

区分不同气味的能力取决于大量不同的气味受体（OR）。Sullivan等（1996）注意到OR由鼻嗅感觉神经元表达；每个神经元仅表达一个OR基因的1个等位基因。在鼻子中，不同的OR集在不同的空间区域中表达。表达相同OR基因的神经元位于同一区域。但是，在该区域中，它们随机散布着表达其他OR的神经元。这种分布向作者暗示，当细胞选择一个OR基因进行表达时，它可能仅限于特定的区域基因组，但可能是通过随机机制从该组中选择的。提出的OR基因选择模型分为两类：基因座依赖性和基因座非依赖性。依赖基因座的模型假定OR基因在基因组中聚集，也许不同区域基因集的成员聚集在不同的基因座上。相反，不依赖基因座的模型不需要将OR基因聚类。为了评估这些模型的可行性，Sullivan等（1996）确定了许多小鼠OR基因的表达区，序列和染色体位置。他们将OR基因定位到7条染色体上的11个不同区域。这些基因座位于旁系染色体区域内，该区域似乎是由大型染色体结构域的复制，随后的大量基因复制和发散引起的。这些研究表明，在同一区域表达的OR基因可定位到许多基因座。此外，单个基因座可包含在不同区域表达的基因。这些发现增加了OR基因选择与基因座无关或涉及连续随机选择的可能性。

哺乳动物能够发现各种各样的气味。即使是相对嗅觉受损的人类物种也能够检测到大约10,000种不同的气味（Buck和Axel，1991年）。为了实现这种多样性，哺乳动物具有大约1000个嗅觉基因，约占其整个基因组的3％（Mombaerts，1999）。OR被认为是7螺旋跨膜蛋白，在周质结构域上具有气味结合位点，而在胞质结构域上具有G蛋白结合位点。气味首先与OR结合，然后OR发生结构变化，从而触发G蛋白激活以及随后导致神经细胞活动的一系列事件。Wang等（2003年）假设金属离子在气味识别中起重要作用。他们分析了OR的预测结构和共有序列，并在第四和第五个螺旋之间的环（4-5环）中提出了一个金属结合位点。他们合成了一个包含此推定结合位点的五肽，发现它不仅对结合Cu（II）和Zn（II）离子具有很高的亲和力，而且在与金属离子结合时经历了急剧的转变为α-螺旋结构。基于这些观察，他们提出了一种“ shuttlecock”机制，用于在气味剂结合后OR可能发生结构变化。该机制涉及在残基电荷通过金属离子结合中和后4-5环的膜渗透。

Zou和Buck（2006）的报告得出结论，认为二元气味混合物会刺激皮质神经元，而皮质神经元不受其单独的成分气味物质刺激，因此Buck无法收回结果。邹拒绝签署撤回书。

在哺乳动物中，气味受体将嗅觉感觉神经元（OSN）的轴突导向嗅球中的靶标。今井等（2006年）表明，调节轴突引导分子表达的环状腺苷单磷酸酶（cAMP）信号对于气味受体指导的轴突投射至关重要。气味受体，刺激性G蛋白（GNAS; 139320），依赖cAMP的蛋白激酶（PKA;参见176911）和cAMP反应元件结合蛋白（CREB; 123810）的遗传操作）沿着嗅球中的前后轴移动了轴突投影位置。因此，决定嗅觉感觉神经元的靶点的是来自气味受体的cAMP信号，而不是OR分子的直接作用。

演化

Trask等（1998）表征了亚端粒DNA重复，提供了对人类基因组这一异常区域即端粒的变异性，复杂性和进化史的深入了解。他们使用从19号染色体克隆的DNA片段证明，不同染色体共享的DNA序列的区块可能非常大且高度相似。在人类迁移到世界各地之前，三个染色体似乎已经包含了该序列。与它在人类中的多拷贝分布相反，该亚端粒区主要定位于黑猩猩和大猩猩中的单个基因座，该位点与人类基因组中的任何位置都不是直系同源的。嗅觉受体（OR）基因家族的三个新成员被发现在这个较大的DNA片段中重复存在，该片段存在于3q，15q，从不同人群中抽取的45位无关的人中，每人19p。从其序列来看，这个重复的区块中的OR基因之一似乎具有潜在功能。这些发现增加了可能性，即OR家族中的功能多样性部分是由于人类端粒附近DNA的重复和染色体间重排而产生的。

Gilad等（2000年）报道了第17号染色体上450 kb嗅觉受体基因簇中基因组片段的总体序列多样性。他们发现一方面是OR假基因与内含子之间的核苷酸多样性模式存在二分法，另一方面是紧密穿插的完整基因。他们认为，弱阳性选择是观察到的遗传变异模式的原因。这是由于与假基因或内含子相比，基因的多态性与发散率较低，OR基因中的高非同义取代率以及与其他基因组区域相比，整个OR基因簇中的变异性总体上有较小但显着的降低而得出的。在较短的基因组距离内，功能上不同的片段之间的二分法要求该OR簇内具有较高的重组率。

Young and Trask（2002）综述了嗅觉受体基因超家族的进化和生理学。

Gilad等（2003年）指出，人类1000多个OR基因中约有40％具有完整的编码区，因此被认为具有功能。相反，完整的OR基因在大猿基因组中的比例显着更高（68％至72％），这表明这些物种对OR组成的选择压力有所不同。Gilad等（2003年）通过对16个人，16黑猩猩和1猩猩中的20个OR基因进行重新测序，研究了塑造人类和黑猩猩OR基因家族的进化力。他们比较了OR基因的变异与基因间区域的变异。在人类和黑猩猩中，OR假基因似乎都是中性进化的。在黑猩猩中，变异模式与纯化作用于完整OR基因的选择一致，而在人类中，有暗示性证据表明阳性选择作用于完整OR基因。这些观察结果被认为是由于人类与大猿猴之间生活方式的差异，导致了不同的感官需求。

其他特性

Young等（2008）进行了嗅觉受体拷贝数变异的详细研究，以阐明作用于该基因家族的选择性和机械作用力，以及拷贝数变异对人类嗅觉受体库的真正影响。他们认为，拷贝数变异（CNV）和其他大基因组区域集的性质违反了通常用于评估基因富集的统计方法的假设。使用更合适的方法，Young等（2008年）提供的证据表明，CNV的OR富集不是由于阳性选择，而是由于节段重复区域中的OR优势（众所周知，该区域经常存在拷贝数可变），并且因为含OR的区域中针对CNV的纯化选择低于包含必需基因的区域。Young等（2008年）还结合了多重连接依赖探针扩增（MLPA）和PCR技术，以测定约50个个体中37个候选CNV OR的拷贝数。作者确认了18个OR的拷贝数变异，但在其他16个人类多样性评估小组中未发现变异，这凸显了报告间隔通常代表真实CNV的警告。Young等（2008年）得出的结论是，他们描述的拷贝数变异可能会支撑人类个体嗅觉能力的显着变异，并表明基于同源性和孤立于同源性的过程在OR家族的重塑中都起了最近的作用。

▼ 动物模型
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Issel-Tarver和Rine（1996）的特征是犬嗅觉受体基因家族的4个成员。这4个亚家族包含仅在嗅觉上皮中表达的基因。使用脉冲场凝胶的Southern印迹分析大DNA片段表明，亚科成员聚集在一起，并且其中两个亚科在狗基因组中紧密相连。对26个犬种中4个嗅觉受体基因亚家族的分析提供了证据，尽管根据嗅觉猎犬，视觉猎犬和玩具犬的嗅觉敏锐度进行了差异选择，但每个亚家族的基因数量仍然稳定。