Zusammenfassung: Das Orco-Protein ist für das Überleben der Riechneuronen von Ameisen essentiell. Die Mutation des Orco-Gens in der Ameise Harpegnathos saltator führte zu einer deutlichen Verringerung der Anzahl olfaktorischer Neuronen, was ihre sozialen Interaktionen beeinträchtigte.

Diese Studie unterstreicht die Bedeutung von Orco für die neuronale Entwicklung und die soziale Kommunikation bei Ameisen. Das Verständnis dieser Mechanismen kann Einblicke in sensorisch vermitteltes Sozialverhalten sowohl bei Tieren als auch bei Menschen geben.

Wichtige Fakten:

• Das Orco-Protein ist für die Entwicklung und das Überleben von Riechneuronen bei Ameisen von entscheidender Bedeutung.
• Mutierte Ameisen, denen Orco fehlte, erlitten einen erheblichen neuronalen Tod und beeinträchtigten soziale Interaktionen.
• Die Studie liefert neue Erkenntnisse darüber, wie sensorische Systeme und soziales Verhalten bei Tieren zusammenhängen.

Quelle: New Yorker Universität

Während der Geruch bei sozialen Interaktionen zwischen Menschen eine große Rolle spielt – beispielsweise um Angst zu signalisieren oder Nähe zu erzeugen – ist er für Ameisen äußerst wichtig.

Forscher der New York University und der University of Florida fanden heraus, dass ein Schlüsselprotein namens Orco, das für die Funktion der Riechzellen unerlässlich ist, auch für das Überleben der Zellen bei Ameisen wichtig ist.

Ihre Studie zeigte, dass es mutiert war Monster Das Gen ist drin Harpenathus Salatator Springende Ameisen reduzierten die Anzahl der Riechneuronen drastisch, was darauf hindeutet, dass Orco für die Entwicklung und das Leben dieser Zellen unerlässlich ist.

Ergebnisse veröffentlicht in Fortschritt der WissenschaftBietet Einblick in die zellulären und molekularen Grundlagen der sozialen Kommunikation von Tieren.

„Zu verstehen, wie sich das Nervensystem entwickelt, gehört zu den dringendsten Herausforderungen der modernen Neurowissenschaften“, sagte Bogdan Serebrennikov, Postdoktorand am Fachbereich Biologie der NYU und Erstautor der Studie.

Geruchserkennung und mutierte Ameisen

Ameisen haben dank ihrer Nutzung der Pheromonkommunikation fast 400 Geruchsrezeptoren entwickelt, eine Zahl, die dem Menschen näher kommt als die meisten anderen Insekten.

„Ameisen sind wie Menschen sehr sozial und zeigen kooperatives Sozialverhalten und stellen somit ein ideales System zur Untersuchung sensorischen Sozialverhaltens dar“, erklärte Hua Yan, Assistenzprofessorin für Biologie an der University of Florida und Hauptautorin der Studie.

„Erweiterte Geruchsrezeptorgene ermöglichen es Ameisen, in einer großen Gemeinschaft von Hunderten, Tausenden oder bis zu einer Million Individuen miteinander zu sprechen.“

Auch für den Menschen, der zur Kommunikation auf andere Sinne angewiesen ist, ist der Geruchssinn lebenswichtig.

„Der Funktionsverlust von Geruchsrezeptorneuronen führt zu Defiziten in der Geruchswahrnehmung und ist häufig mit sozialer Isolation, neurologischen Störungen wie Schizophrenie und sozialen Störungen wie Autismus verbunden“, fügte Yan hinzu.

Um besser zu verstehen, wie sich der Geruchssinn von Ameisen auf ihre sozialen Interaktionen auswirkt, haben Forscher der New York University zuvor die ersten gentechnisch veränderten Ameisen geschaffen, die CRISPR nutzten, um ihren Geruchssinn zu verändern. Monster Das Gen. Diese „mutierten“ Ameisen, denen das Orco-Protein fehlte, wiesen Veränderungen in ihren Riechorganen auf und hatten Schwierigkeiten bei der Interaktion.

„Wir fanden heraus, dass die Antennen – die ‚Nase‘ der Ameise – nur sehr wenige Zellen enthielten. Sie waren fast leer, was darauf hindeutet, dass die für den Geruchssinn verantwortlichen Zellen bei den mutierten Ameisen fehlten“, sagte Yan.

Das neuronale Überleben hängt von Orco ab

In ihrer neuen Studie in Fortschritt der WissenschaftDie Forscher verwendeten Einzelkern-Genexpressionsprofile von Ameisenantennen und Fluoreszenzmikroskopie, um die Entwicklung olfaktorischer Zellen zu analysieren. Es stellt sich heraus, dass mutierte Insekten, denen Orco fehlt, die meisten ihrer Riechneuronen vor dem Erwachsenenalter verlieren.

„Die Zellen scheinen sich normal zu etablieren, beginnen zu wachsen, verändern ihre Form und aktivieren bestimmte Gene, die sie später benötigen, etwa Geruchsrezeptoren“, sagt Serebrennikov.

„Sobald sich entwickelnde Zellen Geruchsrezeptoren aktivieren, beginnen sie schnell in großen Mengen abzusterben.“

Dieser neurologische Tod kann auf Stress zurückzuführen sein. Da die Duftstoffrezeptoren in den mutierten Ameisen keinen Komplex mit Orco bilden können, um zur Zellmembran zu gelangen, verstopfen die neu gebildeten Rezeptoren die Organellen, was zu Stress und Tod führt.

Ein solcher neuronaler Tod kann auch Muster aufweisen, die für soziale Insekten spezifisch sind. „Bisher wurden diese einzigartigen Prozesse bei Einzelinsekten nicht gefunden und könnten einen wichtigen Beweis dafür liefern, dass sich die Neuroevolution entwickelt hat, um sich an die Expansion von Geruchsrezeptorgenen anzupassen“, sagte Kylie Sieber, Doktorandin an der University of Florida und Forscherin . -Erstautor der Studie.

Interessanterweise überlebten einige Geruchsrezeptoren auch ohne Orco. Die Zellen, in denen sie vorhanden waren, exprimierten auch andere Arten von Rezeptoren, was darauf hindeutet, dass die von ihnen vermittelte Aktivität für die neuronale Entwicklung wesentlich ist.

„Einige Neuronen müssen in regelmäßigen Abständen ‚feuern‘, um sich richtig zu entwickeln. Ohne Orco konnten die Riechzellen nicht ‚feuern‘ und ihre Entwicklung nicht abschließen, was zu ihrem Tod führte“, sagte Serebrennikov.

Die Forscher fanden außerdem heraus, dass einige Geruchsrezeptoren in nicht geruchsbezogenen Zellen zu finden sind, etwa in mechanosensorischen Neuronen, die Bewegungen erkennen, und in Gliazellen, die sich um Neuronen wickeln und ihnen bei der Ausführung ihrer Funktionen helfen.

Dies kann auf eine unvollständige Genregulation zurückzuführen sein, die dazu führt, dass Geruchsrezeptoren fälschlicherweise von benachbarten Genomregionen aktiviert werden, die normalerweise andere Gene in anderen Zellen regulieren. Alternativ könnten die Rezeptoren in diesen Zellen eine neue Funktion haben, beispielsweise als Geruchsrezeptoren in Gliazellen. C. elegans Würmer oder menschliches Sperma.

„Das Einschalten von Geruchsrezeptorgenen in Zellen, die keinen Geruch wahrnehmen, könnte für den Organismus völlig nutzlos sein – aber auch hier neigt die Evolution dazu, solche Fehler auszunutzen, um vorhandenen Genen eine neue Funktion zu geben, sodass es möglicherweise eine aufregende neue Rolle für Rezeptoren gibt.“ “, bemerkte Serebrennikov. Geruch in Nicht-Geruchszellen, den wir in Zukunft entdecken werden.

„Unsere Ergebnisse erweitern unser Verständnis der Sinnessysteme sozialer Insekten, einschließlich der olfaktorischen neuronalen Entwicklung, die den Rahmen für soziale Kommunikation schafft“, sagte Yan.

Finanzierung: Weitere Autoren der Studie sind Olena Colomba, Jakub Mlejnic und Shadi Jafari. Diese Forschung wurde von den National Institutes of Health (R01-DC020203, T32-DC015994), dem National Science Foundation Industry-University Cooperative Research Center for Arthropod Management Technologies (#IIP1821914) und dem Human Frontier Sciences Program (LT000010/2020-) unterstützt. ). Zu).

Über Neuigkeiten aus der Neurowissenschaft und der Genetikforschung

Autor: Rachel Harrison
Quelle: New Yorker Universität
Kommunikation: Rachel Harrison – New York University
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„Orco-abhängiges Überleben von Geruchsrezeptorneuronen bei Ameisen„Von Bogdan Serebrennikov et al. Fortschritt der Wissenschaft

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eine Zusammenfassung

Orco-abhängiges Überleben von Geruchsrezeptorneuronen bei Ameisen

Der Geruchssinn ist für das komplexe Sozialverhalten von Insekten von wesentlicher Bedeutung. Um zwischen komplexen sozialen Signalen zu unterscheiden, haben Ameisen eine große Anzahl von Organismen entwickelt Geruchsrezeptoren (oder) Gene.

Mutationen im Duftstoffrezeptor-bindenden Gen Monster Dies führt zum Verlust von etwa 80 % der Glomeruli des Antennenlappens bei der springenden Ameise Harpenathus Salatator. Der zelluläre Mechanismus bleibt jedoch unklar.

Hier zeigen wir eine massive Apoptose von Geruchsrezeptorneuronen (ORNs) im mittleren und späten Stadium der Puppenentwicklung, möglicherweise aufgrund von ER-Stress in Abwesenheit von Orco.

Eine weitere Analyse der Bulk- und Single-Core-Transkriptome zeigt dies, obwohl es sich um mehr handelt Monster– Die Expression von ORNs stirbt Monster Konvertiten, von denen ein kleiner Prozentsatz überlebt: Arabisiert Ionotrope Rezeptoren (Und) Gene, die IR-Komplexe bilden.

Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass einige oder Die Gene werden in mechanosensorischen Neuronen und nicht-neuronalen Zellen exprimiert, möglicherweise aufgrund einer undichten Regulierung durch benachbarte nicht-neuronale Zellen.oder Gene.

Unsere Ergebnisse bieten einen umfassenden Überblick über die ORN-Entwicklung oder Ausdruck in H. Saltor.