streszczenie: Białko Orco jest niezbędne do przetrwania neuronów węchowych u mrówek. Mutacja genu orco u mrówek Harpegnathos saltator spowodowała znaczne zmniejszenie liczby neuronów węchowych, zaburzając ich interakcje społeczne.
Badanie to podkreśla znaczenie Orco w rozwoju neuronów i komunikacji społecznej u mrówek. Zrozumienie tych mechanizmów może zapewnić wgląd w zachowania społeczne za pośrednictwem zmysłów, zarówno u zwierząt, jak i ludzi.
Kluczowe fakty:
- Białko Orco jest niezbędne do rozwoju i przetrwania neuronów węchowych u mrówek.
- Zmutowane mrówki pozbawione Orco doznały znacznej śmierci neuronów i zaburzeń interakcji społecznych.
- Badanie dostarcza nowych informacji na temat powiązań systemów sensorycznych i zachowań społecznych zwierząt.
źródło: Uniwersytet w Nowym Jorku
Chociaż zapach odgrywa dużą rolę w interakcjach społecznych między ludźmi – na przykład sygnalizując strach lub generując bliskość – dla mrówek jest niezwykle ważny.
Naukowcy z New York University i University of Florida odkryli, że kluczowe białko zwane Orco, które jest niezbędne dla funkcjonowania komórek węchowych, jest również ważne dla przeżycia komórek mrówek.
Ich badanie wykazało, że jest zmutowany orko Gen jest obecny Salatator Harpenathus Skaczące mrówki radykalnie zmniejszyły liczbę neuronów węchowych, co sugeruje, że Orco jest niezbędne dla rozwoju i życia tych komórek.
Wyniki opublikowane w Postęp naukiZapewnia wgląd w komórkowe i molekularne podstawy komunikacji społecznej zwierząt.
„Zrozumienie ewolucji układu nerwowego należy do najpilniejszych wyzwań współczesnej neuronauki” – powiedział Bogdan Serebrennikov, doktorant na Wydziale Biologii Uniwersytetu Nowojorskiego i pierwszy autor badania.
Wyczuwanie zapachów i zmutowane mrówki
Mrówki wyewoluowały prawie 400 receptorów zapachów, a liczba ta jest bliższa człowiekowi niż większość innych owadów, dzięki wykorzystaniu przez nie komunikacji feromonowej.
„Mrówki, podobnie jak ludzie, są wysoce społeczne i wykazują skłonności do współpracy, co stanowi idealny system do badania zmysłowych zachowań społecznych” – wyjaśnił Hua Yan, adiunkt biologii na Uniwersytecie Florydy i główny autor badania.
„Rozszerzone geny receptorów węchowych pozwalają mrówkom komunikować się ze sobą w dużej społeczności składającej się z setek, tysięcy, a nawet miliona osobników”.
Nawet dla ludzi, którzy do komunikacji korzystają z innych zmysłów, węch jest niezbędny.
„Utrata funkcji neuronów receptorów węchowych prowadzi do deficytów w odczuwaniu węchu i często wiąże się z izolacją społeczną, zaburzeniami neurologicznymi, takimi jak schizofrenia, i zaburzeniami społecznymi, takimi jak autyzm” – dodał Yan.
Aby lepiej zrozumieć, jak węch mrówek wpływa na ich interakcje społeczne, naukowcy z Uniwersytetu Nowojorskiego stworzyli wcześniej pierwsze genetycznie zmodyfikowane mrówki, wykorzystując technologię CRISPR do modyfikowania ich zmysłu węchu. orko Gen. Te „zmutowane” mrówki, którym brakowało białka Orco, miały zmiany w narządach węchowych i miały trudności z interakcją.
„Odkryliśmy, że czułki – „nos” mrówki – zawierają bardzo niewiele komórek. Były prawie puste, co wskazuje, że u zmutowanych mrówek nie było komórek odpowiedzialnych za zmysł węchu” – powiedział Yan.
Przeżycie neuronów zależy od Orco
W swoim nowym badaniu w Postęp naukiDo analizy rozwoju komórek węchowych badacze wykorzystali profilowanie ekspresji genów w pojedynczym jądrze w czułkach mrówek oraz mikroskopię fluorescencyjną. Okazuje się, że zmutowane owady pozbawione Orco tracą większość neuronów węchowych przed osiągnięciem dorosłości.
„Wydaje się, że komórki są zadomowione normalnie, zaczynają rosnąć, zmieniać kształt i włączają pewne geny, których będą później potrzebować, np. receptory węchowe” – mówi Serebrennikov.
„Kiedy rozwijające się komórki włączają receptory węchowe, szybko zaczynają umierać w ogromnych ilościach”.
Ta śmierć neurologiczna może być spowodowana stresem. Ponieważ receptory węchowe u zmutowanych mrówek nie mogą tworzyć kompleksu z Orco w celu przedostania się do błony komórkowej, nowo utworzone receptory zatykają organelle, co prowadzi do stresu i śmierci.
Taka śmierć neuronów może również wykazywać wzorce specyficzne dla owadów społecznych. „Do tej pory tych unikalnych procesów nie odkryto u samotnych owadów, ale mogą one dostarczyć ważnych dowodów na to, że neuroewolucja ewoluowała, aby przystosować się do ekspansji genów receptorów węchowych” – powiedziała Kylie Sieber, doktorantka na Uniwersytecie Florydy i badaczka . -Pierwszy autor opracowania.
Co ciekawe, niektóre receptory węchowe przetrwały nawet bez Orco. Komórki, w których były obecne, wyrażały także inne typy receptorów, co sugeruje, że aktywność, którą umożliwiają, jest niezbędna dla rozwoju neuronów.
„Niektóre neurony muszą okresowo „odpalać”, aby się prawidłowo rozwijać. Bez Orco komórki węchowe nie „odpalały” i nie kończyły swojego rozwoju, co prowadziło do ich śmierci” – powiedział Serebrennikov.
Naukowcy odkryli również, że niektóre receptory zapachu znajdują się w komórkach niezwiązanych z zapachem, takich jak neurony mechanosensoryczne wykrywające ruch i glej, który otacza neurony i pomaga im wykonywać swoje funkcje.
Może to wynikać z niepełnej regulacji genów, powodującej błędną aktywację receptorów węchowych przez pobliskie regiony genomu, które normalnie regulują inne geny w innych komórkach. Alternatywnie, receptory mogą pełnić w tych komórkach nową funkcję, taką jak receptory węchowe występujące w komórkach glejowych. C. elegancja Robaki lub ludzkie plemniki.
„Włączanie genów receptorów zapachu w komórkach, które nie wyczuwają zapachu, może być całkowicie bezużyteczne dla organizmu – ale ewolucja ma tendencję do wykorzystywania takich błędów, aby nadać istniejącym genom nową funkcję, więc być może istnieje nowa, ekscytująca rola receptorów ”- zauważył Serebrennikov. Zapach w komórkach bez zapachu, który odkryjemy w przyszłości.
„Nasze odkrycia pogłębiają naszą wiedzę na temat układów sensorycznych owadów społecznych, w tym rozwoju neuronów węchowych, który tworzy ramy komunikacji społecznej” – powiedział Yan.
Finansowanie: Inni autorzy badania to Olena Colomba, Jakub Mlejnic i Shadi Jafari. Badania te były wspierane przez Narodowy Instytut Zdrowia (R01-DC020203, T32-DC015994), Centrum Badań Spółdzielni Przemysłowo-Uniwersyteckiej Narodowej Fundacji Naukowej na rzecz technologii zarządzania stawonogami (#IIP1821914) oraz program Human Frontier Sciences Program (LT000010/2020- ). Do).
Wiadomości z badań neurologicznych i genetycznych
autor: Rachel Harrison
źródło: Uniwersytet w Nowym Jorku
Komunikacja: Rachel Harrison – Uniwersytet Nowojorski
zdjęcie: Zdjęcie przypisane Neuroscience News
Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Zależne od Orco przeżycie neuronów receptorów węchowych u mrówek„Bogdan Serebrennikov i in. Postęp nauki
podsumowanie
Zależne od Orco przeżycie neuronów receptorów węchowych u mrówek
Węch jest niezbędny dla złożonych zachowań społecznych owadów. Aby rozróżnić złożone sygnały społeczne, mrówki wyewoluowały dużą liczbę organizmów Receptory węchu (Lub) Geny.
Mutacje w genie wiążącym receptor węchowy orko Powoduje to utratę ~80% kłębuszków płata antenowego u skaczącej mrówki Salatator Harpenathus. Jednak mechanizm komórkowy pozostaje niejasny.
Tutaj pokazujemy masową apoptozę neuronów receptora węchowego (ORN) w środkowych i późnych stadiach rozwoju poczwarki, prawdopodobnie z powodu stresu ER pod nieobecność Orco.
Pokazuje to dalsza analiza transkryptomów masowych i jednordzeniowych, chociaż jest to coś więcej orko– Ekspresja ORN umiera orko Konwertyci, z których niewielki procent przeżywa: arabizowani Receptory jonotropowe (eee) Geny tworzące kompleksy IR.
Ponadto odkryliśmy, że niektóre Lub Geny ulegają ekspresji w neuronach mechanosensorycznych i komórkach nieneuronalnych, prawdopodobnie z powodu nieszczelnej regulacji z pobliskich komórek nieneuronalnych.Lub Geny.
Nasze odkrycia zapewniają kompleksowy przegląd rozwoju ORN Lub Wyrażenie w H. Salator.
