Protein kunci yang penting untuk bau dan kelangsungan hidup telah diidentifikasi

ringkasan: Protein Orco sangat penting untuk kelangsungan hidup neuron penciuman pada semut. Mutasi gen orco pada semut Harpegnathos saltator mengakibatkan penurunan jumlah neuron penciuman secara signifikan, sehingga mengganggu interaksi sosial mereka.

Studi ini menyoroti pentingnya Orco dalam perkembangan saraf dan komunikasi sosial pada semut. Memahami mekanisme ini dapat memberikan wawasan tentang perilaku sosial yang dimediasi sensorik pada hewan dan manusia.

Fakta-fakta kunci:

• Protein Orco sangat penting untuk perkembangan dan kelangsungan hidup neuron penciuman pada semut.
• Semut mutan yang kekurangan Orco menderita kematian saraf yang signifikan dan gangguan interaksi sosial.
• Studi ini memberikan wawasan baru tentang bagaimana sistem sensorik dan perilaku sosial pada hewan saling terkait.

sumber: Universitas New York

Meskipun bau berperan besar dalam interaksi sosial antar manusia – misalnya, menandakan rasa takut atau menimbulkan kedekatan – bagi semut, hal ini sangatlah penting.

Para peneliti dari New York University dan University of Florida menemukan bahwa protein utama yang disebut Orco, yang penting untuk fungsi sel penciuman, juga penting untuk kelangsungan hidup sel semut.

Penelitian mereka menunjukkan hal itu bermutasi raksasa Gennya ada di dalam Tukang salat Harpenathus Semut pelompat secara dramatis mengurangi jumlah neuron penciuman, menunjukkan bahwa Orco sangat penting untuk perkembangan dan kehidupan sel-sel ini.

Hasil dipublikasikan di Kemajuan ilmu pengetahuanMemberikan wawasan tentang dasar seluler dan molekuler tentang bagaimana hewan berkomunikasi secara sosial.

“Memahami bagaimana sistem saraf berevolusi adalah salah satu tantangan paling mendesak dalam ilmu saraf modern,” kata Bogdan Serebrennikov, peneliti pascadoktoral di Departemen Biologi NYU dan penulis pertama studi tersebut.

Penginderaan bau dan semut mutan

Semut telah mengembangkan hampir 400 reseptor bau, jumlah yang lebih dekat dengan manusia dibandingkan kebanyakan serangga lainnya, berkat penggunaan komunikasi feromon.

“Semut, seperti halnya manusia, sangat sosial dan menunjukkan perilaku sosial yang kooperatif, sehingga menyediakan sistem yang ideal untuk mempelajari perilaku sosial sensorik,” jelas Hua Yan, asisten profesor biologi di Universitas Florida dan penulis utama studi tersebut.

“Gen reseptor bau yang diperluas memungkinkan semut berbicara satu sama lain dalam komunitas besar yang terdiri dari ratusan, ribuan, atau hingga satu juta individu.”

Bahkan bagi manusia yang mengandalkan indra lain untuk berkomunikasi, penciuman sangatlah penting.

“Hilangnya fungsi neuron reseptor bau menyebabkan defisit penginderaan penciuman dan sering dikaitkan dengan isolasi sosial, gangguan neurologis seperti skizofrenia, dan gangguan sosial seperti autisme,” tambah Yan.

Untuk lebih memahami bagaimana indera penciuman semut mempengaruhi interaksi sosial mereka, para peneliti dari New York University sebelumnya menciptakan semut pertama yang dimodifikasi secara genetik menggunakan CRISPR untuk memodifikasi indera penciuman mereka. raksasa Gen. Semut yang “bermutasi” ini, yang kekurangan protein Orco, mengalami perubahan pada organ penciumannya dan kesulitan berinteraksi.

“Kami menemukan bahwa antena – ‘hidung’ semut – mengandung sangat sedikit sel. Sel-sel tersebut hampir kosong, menunjukkan bahwa sel-sel yang bertanggung jawab atas indera penciuman tidak ada pada semut mutan,” kata Yan.

Kelangsungan hidup neuron bergantung pada Orco

Dalam studi baru mereka di Kemajuan ilmu pengetahuanPara peneliti menggunakan profil ekspresi gen inti tunggal antena semut dan mikroskop fluoresensi untuk menganalisis perkembangan sel penciuman. Ternyata serangga mutan yang kekurangan Orco kehilangan sebagian besar neuron penciumannya sebelum dewasa.

“Sel-sel tampaknya terbentuk secara normal, dan mereka mulai tumbuh, berubah bentuk, dan mengaktifkan gen tertentu yang nantinya mereka perlukan, seperti reseptor bau,” kata Serebrennikov.

“Saat sel-sel yang sedang berkembang mengaktifkan reseptor bau, mereka dengan cepat mulai mati dalam jumlah besar.”

Kematian neurologis ini mungkin disebabkan oleh stres. Karena reseptor bau pada semut mutan tidak dapat membentuk kompleks dengan Orco untuk mencapai membran sel, reseptor baru menyumbat organel, menyebabkan stres dan kematian.

Kematian saraf seperti itu mungkin juga menunjukkan pola khusus pada serangga sosial. “Sampai saat ini, proses unik ini belum ditemukan pada serangga soliter, dan mungkin memberikan bukti penting bahwa neuroevolusi telah berevolusi untuk beradaptasi dengan perluasan gen reseptor bau,” kata Kylie Sieber, mahasiswa doktoral di Universitas Florida dan peneliti. . -Penulis pertama penelitian ini.

Menariknya, beberapa reseptor bau bertahan bahkan tanpa Orco. Sel-sel di mana mereka hadir juga mengekspresikan jenis reseptor lain, menunjukkan bahwa aktivitas yang mereka fasilitasi sangat penting untuk perkembangan saraf.

“Beberapa neuron harus ‘menembak’ secara berkala untuk berkembang dengan baik. Tanpa Orco, sel-sel penciuman tidak ‘menembak’ dan menyelesaikan perkembangannya, sehingga menyebabkan kematiannya,” kata Serebrennikov.

Para peneliti juga menemukan bahwa beberapa reseptor bau ditemukan di sel-sel yang tidak berhubungan dengan bau, seperti neuron mekanosensori yang mendeteksi gerakan dan glia, yang membungkus neuron dan membantu mereka menjalankan fungsinya.

Hal ini mungkin disebabkan oleh regulasi gen yang tidak lengkap, sehingga menyebabkan reseptor bau diaktifkan secara keliru oleh wilayah genom terdekat yang biasanya mengatur gen lain di sel lain. Alternatifnya, reseptor mungkin memiliki fungsi baru di sel ini, seperti reseptor bau yang ditemukan di sel glial. C. elegans Cacing atau sperma manusia.

“Mengaktifkan gen reseptor bau pada sel yang tidak dapat merasakan bau sama sekali tidak berguna bagi organisme – namun sekali lagi, evolusi cenderung memanfaatkan kesalahan tersebut untuk memberikan fungsi baru pada gen yang ada, jadi mungkin ada peran baru yang menarik bagi reseptor. ,” kata Serebrennikov. Bau di sel non-bau, yang akan kita temukan di masa depan.

“Temuan kami meningkatkan pemahaman kita tentang sistem sensorik serangga sosial, termasuk perkembangan saraf penciuman yang menciptakan kerangka komunikasi sosial,” kata Yan.

Pembiayaan: Penulis penelitian lainnya termasuk Olena Colomba, Jakub Mlejnic, dan Shadi Jafari. Penelitian ini didukung oleh National Institutes of Health (R01-DC020203, T32-DC015994), National Science Foundation Industry-University Cooperative Research Center for Arthropoda Management Technologies (#IIP1821914), dan Human Frontier Sciences Program (LT000010/2020- ). ke).

Tentang berita penelitian ilmu saraf dan genetika

pengarang: Rachel Harrison
sumber: Universitas New York
komunikasi: Rachel Harrison – Universitas New York
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses terbuka.
“Kelangsungan hidup neuron reseptor bau yang bergantung pada orco pada semut“Oleh Bogdan Serebrennikov dkk. Kemajuan ilmu pengetahuan

ringkasan

Kelangsungan hidup neuron reseptor bau yang bergantung pada orco pada semut

Penciuman sangat penting untuk perilaku sosial yang kompleks pada serangga. Untuk membedakan sinyal sosial yang kompleks, semut telah mengembangkan sejumlah besar organisme Reseptor bau (atau) Gen.

Mutasi pada gen pengikat reseptor bau raksasa Hal ini mengakibatkan hilangnya ~80% glomeruli lobus antena pada semut pelompat Tukang salat Harpenathus. Namun, mekanisme selulernya masih belum jelas.

Di sini, kami menunjukkan apoptosis besar-besaran pada neuron reseptor bau (ORN) pada tahap pertengahan dan akhir perkembangan kepompong, mungkin karena tekanan ER tanpa adanya Orco.

Analisis lebih lanjut terhadap transkriptom massal dan inti tunggal menunjukkan hal ini, meskipun lebih dari itu raksasa– Ekspresi ORN mati raksasa Orang yang berpindah agama, sebagian kecilnya masih bertahan: terarabisasi Reseptor ionotropik (Dan) Gen yang membentuk kompleks IR.

Selain itu, kami menemukan beberapa atau Gen tersebut diekspresikan dalam neuron mekanosensori dan sel non-neuronal, kemungkinan karena kebocoran regulasi dari sel non-neuronal di dekatnya.atau Gen.

Temuan kami memberikan gambaran komprehensif tentang pengembangan ORN atau Ekspresi di H. garam.