Uma proteína chave essencial para o odor e a sobrevivência foi identificada

resumo: A proteína Orco é essencial para a sobrevivência dos neurônios olfativos das formigas. A mutação do gene orco nas formigas Harpegnathos saltator resultou em uma redução significativa no número de neurônios olfativos, prejudicando suas interações sociais.

Este estudo destaca a importância do Orco no desenvolvimento neural e na comunicação social em formigas. A compreensão desses mecanismos pode fornecer informações sobre o comportamento social mediado pelos sentidos em animais e humanos.

Principais fatos:

• A proteína Orco é vital para o desenvolvimento e sobrevivência dos neurônios olfativos nas formigas.
• Formigas mutantes sem Orco sofreram morte neuronal significativa e prejudicaram as interações sociais.
• O estudo fornece novos insights sobre como os sistemas sensoriais e os comportamentos sociais dos animais estão ligados.

fonte: Universidade de Nova York

Embora o cheiro desempenhe um grande papel nas interações sociais entre humanos – por exemplo, sinalizando medo ou gerando proximidade – para as formigas, ele é extremamente importante.

Pesquisadores da Universidade de Nova York e da Universidade da Flórida descobriram que uma proteína chave chamada Orco, essencial para o funcionamento das células olfativas, também é importante para a sobrevivência celular das formigas.

Seu estudo mostrou que a mutação orco O gene está em Harpenathus salatador As formigas saltadoras reduziram drasticamente o número de neurônios olfativos, sugerindo que o Orco é essencial para o desenvolvimento e a vida dessas células.

Resultados publicados em Avanço da ciênciaFornece informações sobre as bases celulares e moleculares de como os animais se comunicam socialmente.

“Compreender como o sistema nervoso evolui está entre os desafios mais prementes da neurociência moderna”, disse Bogdan Serebrennikov, pós-doutorado no Departamento de Biologia da NYU e primeiro autor do estudo.

Sensor de odor e formigas mutantes

As formigas desenvolveram quase 400 receptores de odores, um número mais próximo dos humanos do que a maioria dos outros insetos, graças ao uso da comunicação por feromônios.

“As formigas, tal como os humanos, são altamente sociais e exibem um comportamento social cooperativo, proporcionando assim um sistema ideal para estudar o comportamento social sensorial”, explicou Hua Yan, professor assistente de biologia na Universidade da Florida e principal autor do estudo.

“Os genes expandidos dos receptores de odor permitem que as formigas se comuniquem entre si em uma grande comunidade de centenas, milhares ou até um milhão de indivíduos.”

Mesmo para os humanos, que dependem de outros sentidos para se comunicarem, o olfato é essencial.

“A perda da função dos neurônios receptores de odor leva a déficits na detecção olfativa e está frequentemente associada ao isolamento social, distúrbios neurológicos como a esquizofrenia e distúrbios sociais como o autismo”, acrescentou Yan.

Para entender melhor como o olfato das formigas afeta suas interações sociais, pesquisadores da Universidade de Nova York criaram anteriormente as primeiras formigas geneticamente modificadas usando CRISPR para modificar seu olfato. orco O gene. Essas formigas “mutantes”, que não possuíam a proteína Orco, apresentavam alterações nos órgãos olfativos e tinham dificuldade de interação.

“Descobrimos que as antenas – o ‘nariz’ da formiga – continham muito poucas células. Elas estavam quase vazias, indicando que as células responsáveis ​​pelo sentido do olfato estavam ausentes nas formigas mutantes”, disse Yan.

A sobrevivência neuronal depende do Orco

Em seu novo estudo em Avanço da ciênciaOs pesquisadores usaram perfis de expressão gênica de núcleo único de antenas de formigas e microscopia de fluorescência para analisar o desenvolvimento de células olfativas. Acontece que os insetos mutantes sem Orco perdem a maior parte de seus neurônios olfativos antes da idade adulta.

“As células parecem estar estabelecidas normalmente e começam a crescer, mudar de forma e ativar certos genes de que precisarão mais tarde, como os receptores de odor”, diz Serebrennikov.

“Depois que as células em desenvolvimento ativam os receptores de odor, elas rapidamente começam a morrer em grandes quantidades.”

Esta morte neurológica pode ser devido ao estresse. Como os receptores de odor nas formigas mutantes não conseguem formar um complexo com Orco para viajar até a membrana celular, os receptores recém-criados obstruem as organelas, levando ao estresse e à morte.

Essa morte neuronal também pode apresentar padrões específicos para insetos sociais. “Até agora, esses processos únicos não foram encontrados em insetos solitários e podem fornecer evidências importantes de que a neuroevolução evoluiu para se adaptar à expansão dos genes receptores de odor”, disse Kylie Sieber, estudante de doutorado na Universidade da Flórida e pesquisadora. . -Primeiro autor do estudo.

Curiosamente, alguns receptores de odor sobreviveram mesmo sem o Orco. As células onde estavam presentes também expressavam outros tipos de receptores, sugerindo que a atividade que facilitam é essencial para o desenvolvimento neuronal.

“Alguns neurônios devem ‘disparar’ periodicamente para se desenvolverem adequadamente. Sem Orco, as células olfativas não ‘dispararam’ e completaram seu desenvolvimento, levando à sua morte”, disse Serebrennikov.

Os investigadores também descobriram que alguns receptores de odor são encontrados em células não relacionadas com o odor, tais como neurónios mecanossensoriais que detectam movimento e glia, que envolvem os neurónios e os ajudam a desempenhar as suas funções.

Isto pode ser devido à regulação genética incompleta, fazendo com que os receptores de odor sejam erroneamente ativados por regiões genômicas próximas que normalmente regulam outros genes em outras células. Alternativamente, os receptores podem ter uma nova função nessas células, como os receptores de odor encontrados nas células gliais. C. elegans Vermes ou esperma humano.

“Ativar genes receptores de odores em células que não sentem odores pode ser completamente inútil para o organismo – mas, novamente, a evolução tende a tirar vantagem de tais erros para dar aos genes existentes uma nova função, então talvez haja um novo e excitante papel para os receptores. ”, observou Serebrennikov. Cheiro em células sem cheiro, que descobriremos no futuro.

“Nossas descobertas avançam nossa compreensão dos sistemas sensoriais dos insetos sociais, incluindo o desenvolvimento neural olfativo que cria a estrutura para a comunicação social”, disse Yan.

Financiamento: Outros autores do estudo incluem Olena Columba, Jakub Mlejnic e Shadi Jafari. Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01-DC020203, T32-DC015994), pelo Centro de Pesquisa Cooperativa Indústria-Universidade da National Science Foundation para Tecnologias de Gerenciamento de Artrópodes (#IIP1821914) e pelo Programa de Ciências da Fronteira Humana (LT000010/2020- ). para).

Sobre notícias de pesquisa em neurociência e genética

autor: Raquel Harrison
fonte: Universidade de Nova York
comunicação: Rachel Harrison – Universidade de Nova York
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: Acesso livre.
“Sobrevivência orco-dependente de neurônios receptores de odor em formigas“Por Bogdan Serebrennikov et al. Avanço da ciência

um resumo

Sobrevivência orco-dependente de neurônios receptores de odor em formigas

O olfato é essencial para o comportamento social complexo dos insetos. Para discriminar entre sinais sociais complexos, as formigas desenvolveram um grande número de organismos Receptores de cheiro (ou) Genes.

Mutações no gene de ligação ao receptor odorífero orco Isso resulta na perda de aproximadamente 80% dos glomérulos do lobo antenal na formiga saltadora Harpenathus salatador. No entanto, o mecanismo celular permanece obscuro.

Aqui, mostramos apoptose maciça de neurônios receptores de odor (ORNs) nos estágios médio e tardio do desenvolvimento da pupa, possivelmente devido ao estresse do RE na ausência de Orco.

Uma análise mais aprofundada dos transcriptomas em massa e de núcleo único mostra isso, embora seja mais do que isso orco– Expressão de ORNs morre orco Convertidos, dos quais uma pequena percentagem sobrevive: Arabizados Receptores ionotrópicos (er) Genes que formam complexos IR.

Além disso, descobrimos que alguns ou Os genes são expressos em neurônios mecanossensoriais e células não neuronais, possivelmente devido à regulação com vazamento de células não neuronais próximas.ou Genes.

Nossas descobertas fornecem uma visão abrangente do desenvolvimento de ORN ou Expressão em H. Salador.