تم تحديد البروتين الرئيسي الضروري للرائحة والبقاء على قيد الحياة

ملخص: يعد بروتين Orco ضروريًا لبقاء الخلايا العصبية الشمية لدى النمل. أدى تحور جين orco في نمل Harpegnathos saltator إلى انخفاض كبير في عدد الخلايا العصبية الشمية، مما أدى إلى إضعاف تفاعلاتهم الاجتماعية.

تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية أوركو في التطور العصبي والتواصل الاجتماعي لدى النمل. إن فهم هذه الآليات يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة للسلوك الاجتماعي الحسي بوساطة كل من الحيوانات والبشر.

مفتاح الحقائق:

• يعد بروتين Orco أمرًا حيويًا لتطوير وبقاء الخلايا العصبية الشمية لدى النمل.
• عانى النمل الطافر الذي يفتقر إلى Orco من موت عصبي كبير وضعف التفاعلات الاجتماعية.
• تقدم الدراسة رؤى جديدة حول كيفية ربط الأنظمة الحسية والسلوكيات الاجتماعية في الحيوانات.

مصدر: جامعة نيويورك

في حين أن الرائحة تلعب دورًا كبيرًا في التفاعلات الاجتماعية بين البشر – على سبيل المثال، الإشارة إلى الخوف أو توليد التقارب – بالنسبة للنمل، فهي مهمة للغاية.

وجد باحثون من جامعة نيويورك وجامعة فلوريدا أن البروتين الرئيسي المسمى Orco، الضروري لوظيفة الخلايا الشمية، مهم أيضًا لبقاء الخلايا في النمل.

وأظهرت دراستهم أن تحور orco الجين في هاربيناثوس سالاتاتور أدى قفز النمل إلى انخفاض عدد الخلايا العصبية الشمية بشكل كبير، مما يشير إلى أن أوركو ضروري لتطور هذه الخلايا وحياتها.

النتائج التي نشرت في تقدم العلوميقدم نظرة ثاقبة للأساس الخلوي والجزيئي لكيفية تواصل الحيوانات اجتماعيًا.

قال بوجدان سييريبرينيكوف، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الأحياء بجامعة نيويورك والمؤلف الأول للدراسة: “إن فهم كيفية تطور الجهاز العصبي هو من بين التحديات الأكثر إلحاحًا في علم الأعصاب الحديث”.

استشعار الرائحة والنمل المتحول

لقد طور النمل ما يقرب من 400 مستقبل للرائحة، وهو عدد أقرب إلى البشر من معظم الحشرات الأخرى، وذلك بفضل استخدامه للتواصل الفرموني.

وأوضح هوا يان، الأستاذ المساعد في علم الأحياء بجامعة فلوريدا والمؤلف الرئيسي للدراسة: “إن النمل، مثل البشر، اجتماعي للغاية ويظهر سلوكًا اجتماعيًا تعاونيًا، وبالتالي يوفر نظامًا مثاليًا لدراسة السلوك الاجتماعي الحسي”.

“تسمح جينات مستقبلات الرائحة الموسعة للنمل بالتحدث مع بعضها البعض في مجتمع كبير يضم مئات أو آلاف أو ما يصل إلى مليون فرد.”

حتى بالنسبة للبشر، الذين يعتمدون على الحواس الأخرى للتواصل، فإن الرائحة ضرورية.

وأضاف يان: “إن فقدان وظيفة الخلايا العصبية لمستقبلات الرائحة يؤدي إلى عجز في الاستشعار الشمي وغالباً ما يرتبط بالعزلة الاجتماعية، والاضطرابات العصبية مثل الفصام، والاضطرابات الاجتماعية مثل التوحد”.

لفهم كيفية تأثير حاسة الشم لدى النمل على تفاعلاتهم الاجتماعية بشكل أفضل، قام باحثون من جامعة نيويورك في السابق بإنشاء أول نمل معدل وراثيًا باستخدام تقنية كريسبر لتعديل حاسة الشم. orco الجين. عانى هذا النمل “المتحول”، الذي يفتقر إلى بروتين أوركو، من تغيرات في أعضاء الشم لديه وواجه صعوبة في التفاعل.

“لقد وجدنا أن قرون الاستشعار – وهي “أنف” النملة – تحتوي على عدد قليل جدًا من الخلايا. وقال يان: “لقد كانت فارغة تقريبًا، مما يشير إلى أن الخلايا المسؤولة عن حاسة الشم كانت غائبة عن النمل الطافر”.

يعتمد بقاء الخلايا العصبية على Orco

في دراستهم الجديدة في تقدم العلوماستخدم الباحثون تحديد ملامح التعبير الجيني أحادي النواة لهوائيات النمل والمجهر الفلوري لتحليل تطور الخلايا الشمية. اتضح أن الحشرات الطافرة التي تفتقر إلى Orco تفقد معظم خلاياها العصبية الشمية قبل البلوغ.

يقول سييريبرينيكوف: “يبدو أن الخلايا قد تم تكوينها بشكل طبيعي، وتبدأ في النمو، وتغيير الشكل، وتشغيل جينات معينة ستحتاج إليها لاحقًا، مثل مستقبلات الرائحة”.

“بمجرد أن تقوم الخلايا النامية بتشغيل مستقبلات الرائحة، فإنها سرعان ما تبدأ في الموت بكميات هائلة.”

قد يكون هذا الموت العصبي بسبب التوتر. نظرًا لأن مستقبلات الرائحة في النمل المتحول لا يمكنها تكوين مركب مع Orco للسفر إلى غشاء الخلية، فإن المستقبلات المصنوعة حديثًا تسد العضيات، مما يؤدي إلى الإجهاد والموت.

قد يظهر مثل هذا الموت العصبي أيضًا أنماطًا خاصة بالحشرات الاجتماعية. وقالت كايلي سيبر، طالبة الدكتوراه في جامعة فلوريدا والباحثة: «حتى الآن، لم يتم العثور على هذه العمليات الفريدة في الحشرات الانفرادية، وقد تقدم دليلًا مهمًا على تطور التطور العصبي للتكيف مع توسع جينات مستقبلات الرائحة». -المؤلف الأول للدراسة.

ومن المثير للاهتمام أن بعض مستقبلات الرائحة نجت حتى بدون أوركو. كما أعربت الخلايا التي كانت موجودة فيها عن أنواع أخرى من المستقبلات، مما يشير إلى أن النشاط الذي تسهله ضروري لتطور الخلايا العصبية.

“يجب على بعض الخلايا العصبية أن “تنشط” بشكل دوري لتتطور بشكل صحيح. وقال سييريبرينيكوف: “بدون أوركو، لم “تشتعل” خلايا الشم وتكمل تطورها، مما يؤدي إلى موتها”.

ووجد الباحثون أيضًا أن بعض مستقبلات الرائحة موجودة في الخلايا غير المتعلقة بالرائحة، مثل الخلايا العصبية الحسية الميكانيكية التي تكتشف الحركة والدبقية، والتي تلتف حول الخلايا العصبية وتساعدها على أداء وظائفها.

قد يكون هذا بسبب التنظيم غير الكامل للجينات، مما يتسبب في تنشيط مستقبلات الرائحة عن طريق الخطأ بواسطة المناطق الجينومية القريبة التي تنظم عادة جينات أخرى في الخلايا الأخرى. وبدلاً من ذلك، قد يكون للمستقبلات وظيفة جديدة في هذه الخلايا، مثل مستقبلات الرائحة الموجودة في الخلايا الدبقية. جيم ايليجانس الديدان أو الحيوانات المنوية البشرية.

“إن تشغيل جينات مستقبلات الرائحة في الخلايا التي لا تستشعر الرائحة يمكن أن يكون عديم الفائدة تمامًا للكائن الحي – ولكن مرة أخرى، يميل التطور إلى الاستفادة من مثل هذه الأخطاء لإعطاء الجينات الموجودة وظيفة جديدة، لذلك ربما يكون هناك دور جديد مثير وأشار سييريبرينيكوف إلى مستقبلات الرائحة في الخلايا غير المتعلقة بالرائحة والتي سنكتشفها في المستقبل.

قال يان: “تعزز النتائج التي توصلنا إليها فهمنا للأنظمة الحسية للحشرات الاجتماعية، بما في ذلك التطور العصبي الشمي الذي ينشئ إطارًا للتواصل الاجتماعي”.

التمويل: ومن بين مؤلفي الدراسة الآخرين أولينا كولومبا، وجاكوب مليجنيك، وشادي جعفري. تم دعم هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة (R01-DC020203، T32-DC015994)، ومركز البحوث التعاونية التابع لمؤسسة العلوم الوطنية للصناعة والجامعة لتقنيات إدارة المفصليات (#IIP1821914)، وبرنامج علوم الحدود البشرية (LT000010/2020-). ل).

حول أخبار أبحاث علم الأعصاب وعلم الوراثة

مؤلف: راشيل هاريسون
مصدر: جامعة نيويورك
اتصال: راشيل هاريسون – جامعة نيويورك
صورة: تُنسب الصورة إلى أخبار علم الأعصاب

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“البقاء على قيد الحياة المعتمد على Orco للخلايا العصبية لمستقبلات الرائحة في النمل” بقلم بوجدان سييريبرينيكوف وآخرون. تقدم العلوم

خلاصة

البقاء على قيد الحياة المعتمد على Orco للخلايا العصبية لمستقبلات الرائحة في النمل

الشم ضروري للسلوك الاجتماعي المعقد في الحشرات. للتمييز بين الإشارات الاجتماعية المعقدة، طور النمل عددًا كبيرًا من الكائنات مستقبلات الرائحة (أو) الجينات.

الطفرات في الجين المُلزم لمستقبلات الرائحة orco يؤدي إلى فقدان ~ 80٪ من كبيبات الفص الهوائي في النملة القافزة هاربيناثوس سالاتاتور. ومع ذلك، فإن الآلية الخلوية لا تزال غير واضحة.

هنا، نعرض موت الخلايا المبرمج الهائل للخلايا العصبية لمستقبلات الرائحة (ORNs) في المراحل المتوسطة والمتأخرة من تطور العذراء، ربما بسبب إجهاد ER في غياب Orco.

يُظهر التحليل الإضافي للنسخة السائبة والنواة الواحدة ذلك، على الرغم من أنه أكثر من ذلك orco– تموت التعبير عن ORNs orco المتحولون، نسبة قليلة منهم ينجو: يعربون مستقبلات الأيونوتروبيك (إير) الجينات التي تشكل مجمعات الأشعة تحت الحمراء.

وبالإضافة إلى ذلك، وجدنا أن بعض أو يتم التعبير عن الجينات في الخلايا العصبية الحسية الميكانيكية والخلايا غير العصبية، ربما بسبب التنظيم المتسرب من الخلايا غير العصبية القريبة.أو الجينات.

توفر النتائج التي توصلنا إليها لمحة شاملة عن تطوير ORN و أو التعبير في ح. سالاتور.