Белок, который обеспечивает обоняние у муравьев — и останавливает гибель клеток
Исследователи из Нью-Йоркского университета и Университета Флориды обнаружили, что ключевой белок Orco, необходимый для работы обонятельных клеток, также критически важен для их выживания у муравьев.
Исследование показало, что мутация гена orco у прыгающих муравьев Harpegnathos saltator резко сокращает количество обонятельных нейронов. Это говорит о том, что Orco необходим для развития и жизни этих клеток. Результаты, опубликованные в Science Advances, дают представление о клеточной и молекулярной основе социализации животных.
Восприятие запаха и мутантные муравьи
Муравьи эволюционировали примерно 400 обонятельных рецепторов — число, близкое к человеческому, — благодаря использованию феромонов для общения.
Чтобы понять, как обоняние муравьев влияет на их социальные взаимодействия, исследователи ранее создали первых генетически модифицированных муравьев, отредактировав ген orco с помощью CRISPR. У этих мутантных муравьев, лишенных белка Orco, изменились органы обоняния, и им было трудно взаимодействовать.
«Мы обнаружили, что на антеннах — «носу» муравья — было очень мало клеток. Они были почти пусты, что говорит об отсутствии клеток, чувствующих запах», — сказал Хуа Ян.
Выживание нейронов зависит от Orco
В новом исследовании ученые использовали профилирование экспрессии генов единичных ядер и флуоресцентную микроскопию для анализа развития обонятельных клеток. Выяснилось, что у мутантных насекомых без Orco большая часть обонятельных нейронов погибает до достижения зрелости.
«Клетки, похоже, формируются нормально и начинают развиваться. Но как только развивающиеся клетки включают обонятельные рецепторы, очень скоро они начинают массово умирать», — отметил Богдан Сиеребриенников.
Эта гибель нейронов может быть вызвана стрессом. Поскольку обонятельные рецепторы у мутантных муравьев не могут образовать комплекс с Orco для перемещения к клеточной мембране, вновь созданные рецепторы засоряют органеллы, что приводит к стрессу и гибели.
Интересно, что некоторые обонятельные рецепторы выживали даже без Orco. Клетки, в которых они присутствовали, также экспрессировали другие типы рецепторов, что позволяет предположить, что активность, которую они обеспечивают, важна для развития нейронов.
«Некоторые нейроны должны периодически «возбуждаться», чтобы правильно развиваться. Без Orco обонятельные клетки не «возбуждались» и не завершали свое развитие, что приводило к их гибели», — сказал Сиеребриенников.
Исследователи также обнаружили, что некоторые обонятельные рецепторы присутствуют в необонятельных клетках, например, в механосенсорных нейронах и глиальных клетках. Это может быть связано с несовершенной регуляцией генов. Альтернативно, рецепторы могут иметь новую функцию в этих клетках.
«Наши выводы углубляют понимание сенсорных систем общественных насекомых, включая развитие обонятельной системы, которая создает основу для социальной коммуникации», — сказал Ян.