È stata identificata una proteina chiave essenziale per l’odore e la sopravvivenza

riepilogo: La proteina Orco è essenziale per la sopravvivenza dei neuroni olfattivi nelle formiche. La mutazione del gene orco nelle formiche Harpegnathos saltator ha comportato una significativa riduzione del numero di neuroni olfattivi, compromettendo le loro interazioni sociali.

Questo studio evidenzia l’importanza di Orco nello sviluppo neurale e nella comunicazione sociale nelle formiche. La comprensione di questi meccanismi può fornire informazioni sul comportamento sociale mediato dai sensi sia negli animali che negli esseri umani.

Aspetti principali:

• La proteina Orco è vitale per lo sviluppo e la sopravvivenza dei neuroni olfattivi nelle formiche.
• Le formiche mutanti prive di Orco hanno subito una significativa morte neuronale e hanno compromesso le interazioni sociali.
• Lo studio fornisce nuove informazioni su come sono collegati i sistemi sensoriali e i comportamenti sociali negli animali.

fonte: Università di New York

Mentre l’olfatto gioca un ruolo importante nelle interazioni sociali tra gli esseri umani – ad esempio, segnalando paura o generando vicinanza – per le formiche è estremamente importante.

Ricercatori della New York University e dell’Università della Florida hanno scoperto che una proteina chiave chiamata Orco, essenziale per la funzione delle cellule olfattive, è importante anche per la sopravvivenza cellulare nelle formiche.

Il loro studio ha dimostrato che è mutato orco Il gene è dentro Harpenathus salatator Le formiche saltatrici hanno ridotto drasticamente il numero di neuroni olfattivi, suggerendo che Orco è essenziale per lo sviluppo e la vita di queste cellule.

Risultati pubblicati in Progresso della scienzaFornisce informazioni sulle basi cellulari e molecolari del modo in cui gli animali comunicano socialmente.

“Capire come si evolve il sistema nervoso è una delle sfide più urgenti delle neuroscienze moderne”, ha affermato Bogdan Serebrennikov, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Biologia della New York University e primo autore dello studio.

Rilevamento degli odori e formiche mutanti

Le formiche hanno sviluppato quasi 400 recettori degli odori, un numero più vicino a quello degli esseri umani rispetto alla maggior parte degli altri insetti, grazie al loro uso della comunicazione con i feromoni.

“Le formiche, come gli esseri umani, sono altamente socievoli e mostrano un comportamento sociale cooperativo, fornendo così un sistema ideale per studiare il comportamento sociale sensoriale”, ha spiegato Hua Yan, assistente professore di biologia presso l’Università della Florida e autore principale dello studio.

“I geni espansi dei recettori degli odori consentono alle formiche di parlare tra loro in una grande comunità di centinaia, migliaia o fino a un milione di individui”.

Anche per gli esseri umani, che fanno affidamento sugli altri sensi per comunicare, l’olfatto è essenziale.

“La perdita della funzione dei neuroni dei recettori degli odori porta a deficit nel senso dell’olfatto ed è spesso associata all’isolamento sociale, a disturbi neurologici come la schizofrenia e a disturbi sociali come l’autismo”, ha aggiunto Yan.

Per comprendere meglio come l’olfatto delle formiche influenza le loro interazioni sociali, i ricercatori della New York University hanno precedentemente creato le prime formiche geneticamente modificate utilizzando CRISPR per modificare il loro senso dell’olfatto. orco Il gene. Queste formiche “mutate”, a cui mancava la proteina Orco, presentavano cambiamenti nei loro organi olfattivi e avevano difficoltà a interagire.

“Abbiamo scoperto che le antenne – il ‘naso’ della formica – contenevano pochissime cellule. Erano quasi vuote, indicando che le cellule responsabili dell’olfatto erano assenti nelle formiche mutanti”, ha detto Yan.

La sopravvivenza neuronale dipende da Orco

Nel loro nuovo studio in Progresso della scienzaI ricercatori hanno utilizzato il profilo di espressione genica a nucleo singolo delle antenne delle formiche e la microscopia a fluorescenza per analizzare lo sviluppo delle cellule olfattive. Si scopre che gli insetti mutanti privi di Orco perdono la maggior parte dei loro neuroni olfattivi prima dell’età adulta.

“Le cellule sembrano essersi stabilizzate normalmente e iniziano a crescere, a cambiare forma e ad attivare determinati geni di cui avranno bisogno in seguito, come i recettori degli odori”, afferma Serebrennikov.

“Una volta che le cellule in via di sviluppo attivano i recettori degli odori, iniziano rapidamente a morire in grandi quantità.”

Questa morte neurologica potrebbe essere dovuta allo stress. Poiché i recettori degli odori nelle formiche mutanti non possono formare un complesso con Orco per raggiungere la membrana cellulare, i recettori appena prodotti intasano gli organelli, portando a stress e morte.

Tale morte neuronale può anche mostrare modelli specifici degli insetti sociali. “Fino ad ora, questi processi unici non erano stati trovati negli insetti solitari e potrebbero fornire prove importanti del fatto che la neuroevoluzione si è evoluta per adattarsi all’espansione dei geni dei recettori degli odori”, ha affermato Kylie Sieber, dottoranda presso l’Università della Florida e ricercatrice. . -Primo autore dello studio.

È interessante notare che alcuni recettori degli odori sono sopravvissuti anche senza Orco. Le cellule in cui erano presenti esprimevano anche altri tipi di recettori, suggerendo che l’attività da essi facilitata è essenziale per lo sviluppo neuronale.

“Alcuni neuroni devono ‘accendersi’ periodicamente per svilupparsi correttamente. Senza Orco, le cellule olfattive non si ‘sparavano’ e non completavano il loro sviluppo, portando alla morte”, ha detto Serebrennikov.

I ricercatori hanno anche scoperto che alcuni recettori degli odori si trovano in cellule non correlate agli odori, come i neuroni meccanosensoriali che rilevano il movimento e le cellule glia, che avvolgono i neuroni e li aiutano a svolgere le loro funzioni.

Ciò potrebbe essere dovuto a una regolazione genetica incompleta, che causa l’erronea attivazione dei recettori degli odori da parte delle regioni genomiche vicine che normalmente regolano altri geni in altre cellule. In alternativa, i recettori potrebbero avere una nuova funzione in queste cellule, come i recettori degli odori presenti nelle cellule gliali. C. elegans Vermi o sperma umano.

“Attivare i geni dei recettori degli odori nelle cellule che non percepiscono l’odore potrebbe essere completamente inutile per l’organismo – ma ancora una volta, l’evoluzione tende a trarre vantaggio da tali errori per dare ai geni esistenti una nuova funzione, quindi forse c’è un nuovo entusiasmante ruolo per i recettori”. ”, ha osservato Serebrennikov. L’odore nelle cellule non olfattive, che scopriremo in futuro.

“I nostri risultati migliorano la nostra comprensione dei sistemi sensoriali degli insetti sociali, compreso lo sviluppo neurale olfattivo che crea la struttura per la comunicazione sociale”, ha detto Yan.

Finanziamento: Altri autori dello studio includono Olena Colomba, Jakub Mlejnic e Shadi Jafari. Questa ricerca è stata supportata dal National Institutes of Health (R01-DC020203, T32-DC015994), dal Centro di ricerca cooperativa industria-università della National Science Foundation per le tecnologie di gestione degli artropodi (#IIP1821914) e dal Programma Human Frontier Sciences (LT000010/2020- ). A).

Sulle neuroscienze e sulle novità della ricerca genetica

autore: Rachel Harrison
fonte: Università di New York
comunicazione: Rachel Harrison – Università di New York
immagine: Immagine accreditata a Neuroscience News

Ricerca originale: Accesso libero.
“Sopravvivenza orco-dipendente dei neuroni dei recettori degli odori nelle formiche“Di Bogdan Serebrennikov et al. Progresso della scienza

un sommario

Sopravvivenza orco-dipendente dei neuroni dei recettori degli odori nelle formiche

L’olfatto è essenziale per il comportamento sociale complesso degli insetti. Per discriminare tra segnali sociali complessi, le formiche hanno sviluppato un gran numero di organismi Recettori olfattivi (O) Geni.

Mutazioni nel gene che lega il recettore degli odori orco Il risultato è la perdita di circa l’80% dei glomeruli del lobo antennale nella formica che salta Harpenathus salatator. Tuttavia, il meccanismo cellulare rimane poco chiaro.

Qui, mostriamo una massiccia apoptosi dei neuroni dei recettori degli odori (ORN) negli stadi intermedi e tardivi dello sviluppo della pupa, probabilmente a causa dello stress ER in assenza di Orco.

Ulteriori analisi dei trascrittomi bulk e single-core lo mostrano, sebbene si tratti di qualcosa di più orco– L’espressione degli ORN muore orco Convertiti, di cui una piccola percentuale sopravvive: arabizzati Recettori ionotropi (ehm) Geni che formano complessi IR.

Inoltre, abbiamo scoperto che alcuni O I geni sono espressi nei neuroni meccanosensoriali e nelle cellule non neuronali, probabilmente a causa della perdita di regolazione da parte delle cellule non neuronali vicine.O Geni.

I nostri risultati forniscono una panoramica completa dello sviluppo ORN O Espressione dentro H. Salatore.