Roma – Sebbene l’olfatto svolga un ruolo considerevole nelle interazioni sociali degli esseri umani – ad esempio, segnalando paura o generando vicinanza – per le formiche è di vitale importanza. Ricercatori della New York University e dell’Università della Florida hanno scoperto che una proteina chiave chiamata Orco, essenziale per la funzione delle cellule olfattive, è fondamentale anche per la sopravvivenza delle cellule nelle formiche.
Il loro studio ha dimostrato che la mutazione del gene orco nelle formiche saltatrici Harpegnathos saltator ha ridotto drasticamente il numero di neuroni olfattivi, suggerendo che Orco è necessario per lo sviluppo e la vita di queste cellule. I risultati, pubblicati su Science Advances , offrono approfondimenti sulle basi cellulari e molecolari del modo in cui gli animali socializzano.
“Capire come si sviluppa il sistema nervoso è una delle sfide più urgenti delle neuroscienze moderne”, ha affermato Bogdan Sieriebriennikov, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Biologia della New York University e primo autore dello studio.
Percezione dell’olfatto e formiche mutanti
Le formiche hanno sviluppato circa 400 recettori olfattivi, un numero più vicino agli esseri umani rispetto alla maggior parte degli altri insetti, grazie all’uso della comunicazione con i feromoni.
“Le formiche, come gli esseri umani, sono altamente sociali e mostrano un comportamento sociale cooperativo, e quindi forniscono un sistema ideale per studiare il comportamento sociale mediato dai sensi”, ha spiegato Hua Yan, assistente professore di biologia presso l’Università della Florida e autore senior dello studio. “I geni estesi dei recettori degli odori consentono alle formiche di ‘parlare’ tra loro in una grande società con centinaia, migliaia o fino a un milione di individui.”
Anche per gli esseri umani, che fanno affidamento sugli altri sensi per comunicare, l’olfatto è essenziale.
“La perdita della funzione dei neuroni dei recettori degli odori porta a deficit nel senso dell’olfatto ed è spesso associata all’isolamento sociale, a disturbi neurologici come la schizofrenia e a disturbi sociali come l’autismo”, ha aggiunto Yan.
Per comprendere meglio come l’olfatto delle formiche influenza le loro interazioni sociali, i ricercatori della New York University hanno precedentemente creato le prime formiche geneticamente modificate utilizzando CRISPR per modificare il gene orco . Queste formiche “mutanti”, prive della proteina Orco, sperimentavano cambiamenti nei loro organi olfattivi e avevano difficoltà a interagire.
“Abbiamo scoperto che le antenne, che sono il ‘naso’ della formica, avevano pochissime cellule. Erano quasi vuote, suggerendo che le cellule che percepiscono l’olfatto erano assenti nelle formiche mutanti”, ha detto Yan.
La sopravvivenza dei neuroni dipende da Orco
Nel loro nuovo studio su Science Advances , i ricercatori hanno utilizzato il profilo di espressione genica a nucleo singolo delle antenne delle formiche e la microscopia a fluorescenza per analizzare lo sviluppo delle cellule olfattive. È emerso che gli insetti mutanti privi di Orco perdono la maggior parte dei loro neuroni olfattivi prima dell’età adulta.
“Le cellule sembrano essere prodotte normalmente e iniziano a svilupparsi, crescendo, cambiando forma e attivando determinati geni di cui avranno bisogno in seguito, come i recettori degli odori”, ha osservato Sieriebriennikov. “Una volta che le cellule in via di sviluppo attivano i recettori degli odori, molto presto iniziano a morire in grandi quantità.”
Questa morte neuronale potrebbe essere dovuta allo stress. Poiché i recettori degli odori nelle formiche mutanti non possono formare un complesso con Orco per raggiungere la membrana cellulare, i recettori appena prodotti intasano gli organelli, portando a stress e morte.
Tale morte neuronale può anche mostrare modelli particolari per gli insetti sociali. “Finora, questi processi unici non sono stati trovati negli insetti solitari e potrebbero fornire prove importanti dell’evoluzione dello sviluppo neurale per adattarsi all’espansione dei geni dei recettori degli odori”, ha affermato Kayli Sieber, dottoranda presso l’Università della Florida e co-autore. -primo autore dello studio.
È interessante notare che alcuni recettori degli odori sono sopravvissuti anche senza Orco. Le cellule in cui erano presenti esprimevano anche altri tipi di recettori, suggerendo che l’attività da essi facilitata è essenziale per lo sviluppo neuronale.
“Alcuni neuroni devono periodicamente ‘attivarsi’ per svilupparsi correttamente. Senza Orco, le cellule dell’olfatto non si “accendevano” e non completavano il loro sviluppo, portando alla morte”, ha detto Sieriebriennikov.
I ricercatori hanno anche scoperto che alcuni recettori degli odori sono presenti nelle cellule non olfattive, come i neuroni meccanosensoriali che rilevano il movimento e le cellule glia, che avvolgono i neuroni e li aiutano a funzionare. Ciò potrebbe essere dovuto alla regolazione imperfetta dei geni, che causa l’attivazione accidentale dei recettori degli odori da parte delle regioni genomiche vicine che normalmente regolano altri geni in altre cellule. In alternativa, i recettori potrebbero avere una nuova funzione in queste cellule, come i recettori degli odori presenti nella glia dei vermi C. elegans o nello sperma umano.
“Attivare i geni dei recettori degli odori nelle cellule che non sono sensibili agli odori potrebbe essere totalmente inutile per l’organismo, ma d’altra parte, l’evoluzione tende a utilizzare tali errori per dare ai geni esistenti una nuova funzione, quindi forse c’è qualche nuovo entusiasmante ruolo”. dei recettori degli odori nelle cellule non olfattive che scopriremo in futuro”, ha osservato Sieriebriennikov.
“I nostri risultati migliorano la nostra comprensione dei sistemi sensoriali degli insetti sociali, compreso lo sviluppo neurale olfattivo che stabilisce una struttura per la comunicazione sociale”, ha affermato Yan.(30Science.com)
