ملخص: بروتين أوركو أمر بالغ الأهمية لبقاء الخلايا العصبية الشمية في النمل. أدى تحور جين Orco في نمل Harpegnathos saltator إلى تقليل عدد الخلايا العصبية الشمية بشكل كبير، مما أدى إلى إضعاف تفاعلاتهم الاجتماعية.
تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية أوركو في النمو العصبي والتفاعل الاجتماعي لدى النمل. إن فهم هذه الآليات يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة للسلوك الاجتماعي القائم على العاطفة لدى كل من الحيوانات والبشر.
مفتاح الحقائق:
- يعد بروتين Orco ضروريًا لتطوير وبقاء الخلايا العصبية الشمية لدى النمل.
- عانى النمل الطافر الذي يفتقر إلى Argo من موت عصبي كبير وضعف التفاعلات الاجتماعية.
- توفر الدراسة رؤى جديدة حول كيفية ربط الأنظمة الحسية والسلوكيات الاجتماعية لدى الحيوانات.
مصدر: جامعة نيويورك
تلعب الرائحة دورًا مهمًا في التفاعلات الاجتماعية البشرية، على سبيل المثال، خلق الخوف أو العلاقة الحميمة لدى النمل، وهي مهمة بشكل خاص.
وجد الباحثون في جامعة نيويورك وجامعة فلوريدا أن البروتين الرئيسي المسمى Orgo، الضروري لوظيفة الخلايا الشمية، مهم أيضًا لبقاء الخلية في النمل.
وتظهر دراستهم أن هذا يتغير مسخ داخل الجينوم Harbegnathos مالح قلل النمل القافز عدد الخلايا العصبية الشمية بشكل كبير، مما يشير إلى أن أوركو ضروري لتطور هذه الخلايا وبقائها.
النتائج المنشورة في التقدم العلميأنها توفر نظرة ثاقبة الأساس الخلوي والجزيئي لكيفية تواصل الحيوانات اجتماعيا.
وقال بوجدان سييريبرينيكوف، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الأحياء بجامعة نيويورك والمؤلف الأول للدراسة: “إن فهم كيفية تطور الجهاز العصبي هو أحد أهم التحديات في علم الأعصاب الحديث”.
رائحة وإدراك النمل متحولة
لقد طور النمل ما يقرب من 400 مستقبل للرائحة، وهو عدد أقرب إلى البشر من أي حشرة أخرى، وذلك بفضل استخدامه للتواصل الفيرموني.
وأوضح هوا يان، الأستاذ المساعد في علم الأحياء بجامعة فلوريدا وكبير مؤلفي الدراسة، أن “النمل، مثل البشر، اجتماعي للغاية ويظهر سلوكًا اجتماعيًا تعاونيًا، وبالتالي يوفر نظامًا مثاليًا لدراسة السلوكيات الاجتماعية التي تتوسطها العاطفة”.
“تسمح جينات مستقبلات الرائحة الموسعة للنمل بالتحدث مع بعضها البعض في مجتمع كبير يضم مئات أو آلاف أو حتى مليون فرد.”
تعتبر الشم ضرورية حتى بالنسبة للبشر الذين يعتمدون على الحواس الأخرى للتواصل.
وأضاف يان: “إن فقدان وظيفة الخلايا العصبية المستقبلة لحاسة الشم يؤدي إلى عجز في الحساسية الشمية 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، استخدم باحثون من جامعة نيويورك تقنية كريسبر لإنشاء أول نمل معدل وراثيًا. مسخ الجين. عانى هذا النمل “المتحول”، الذي يفتقر إلى بروتين أوركو، من تغيرات في أعضائه الشمية وكان لديه صعوبة في التواصل.
وقال يان: “وجدنا أن قرون استشعار أنف النمل تحتوي على عدد قليل جدًا من الخلايا. وكانت فارغة تقريبًا، مما يشير إلى أن خلايا استشعار الرائحة لم تكن من النمل الطافر”.
يعتمد بقاء الخلايا العصبية على Orco
في دراستهم الجديدة التقدم العلمياستخدم الباحثون تحديد ملامح التعبير الجيني أحادي النواة لهوائيات النمل والمجهر الفلوري لتحليل تطور الخلايا الشمية. تم الكشف عن أن الحشرات الطافرة التي تفتقر إلى Orco تفقد معظم خلاياها العصبية الشمية قبل البلوغ.
يقول سييريبرينيكوف: “يبدو أن الخلايا تتشكل بشكل طبيعي، وتبدأ في النمو وتغيير شكلها وتغيير بعض الجينات، مثل المستقبلات الشمية”.
“بمجرد أن تقوم الخلايا النامية بتشغيل مستقبلات الرائحة، فإنها سرعان ما تبدأ في الموت بأعداد كبيرة.”
يمكن أن يكون سبب موت الخلايا العصبية هذا بسبب الإجهاد. نظرًا لأن مستقبلات الرائحة في النمل الطافر لا يمكنها تكوين مركب مع أوركو للسفر إلى غشاء الخلية، فإن المستقبلات المتكونة حديثًا تسد العضيات، مما يؤدي إلى الإجهاد والموت.
قد يظهر مثل هذا الموت العصبي أيضًا أنماطًا خاصة بالحشرات الاجتماعية. وقالت كايلي سيبر، باحثة ما بعد الدكتوراه بجامعة فلوريدا: “حتى الآن، لم يتم اكتشاف هذه العمليات الفريدة في الحشرات الفردية، وقد توفر دليلاً مهمًا على تطور تطور الأعصاب استجابةً لتوسع جينات الرائحة”. – المؤلف الأول للدراسة.
ومن المثير للاهتمام أن بعض المستقبلات الشمية 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.
وقال سييريبرينيكوف: “تحتاج بعض الخلايا العصبية إلى “التنشيط” بشكل دوري لتتطور بشكل صحيح. وبدون أوركو، “تنشط” الخلايا الشمية ولا تكتمل تطورها، مما يؤدي إلى موتها”.
ووجد الباحثون أيضًا أن بعض مستقبلات الرائحة موجودة في الخلايا غير الشمية، مثل الخلايا العصبية الحسية الميكانيكية التي تكتشف الحركة والدبقية التي تساعد على إحاطة الخلايا العصبية.
قد يكون هذا بسبب التنظيم غير الكامل للجينات، والذي ينشط بالصدفة مستقبلات الرائحة بواسطة مناطق الجينات القريبة التي تنظم الجينات الأخرى في الخلايا الأخرى. وبدلاً من ذلك، قد يكون للمستقبلات الموجودة في هذه الخلايا وظيفة جديدة، مثل مستقبلات الرائحة الموجودة في الخلايا الدبقية. ج. ايليجانس الديدان أو الحيوانات المنوية البشرية.
“إن تشغيل جينات مستقبلات الرائحة في الخلايا غير الرائحة قد يكون عديم الفائدة تمامًا للكائن الحي – ولكن مرة أخرى، يستخدم التطور مثل هذه الأخطاء لإعطاء وظيفة جديدة للجينات الموجودة، لذلك قد يكون هناك دور جديد مثير. سنجد مستقبلات الرائحة في وأشار سييريبرينيكوف إلى وجود خلايا غير معطرة في المستقبل.
وقال يان: “إن النتائج التي توصلنا إليها تعزز فهمنا للأنظمة الحسية للحشرات الاجتماعية، بما في ذلك النمو العصبي الشمي، الذي يحدد إطار التواصل الاجتماعي”.
تمويل: ومن بين مؤلفي الدراسة الآخرين أولينا كولومبا، وجاكوب ميلينيك، 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-L) ).
حول أخبار أبحاث علم الأعصاب وعلم الوراثة
مؤلف: راشيل هاريسون
مصدر: جامعة نيويورك
اتصال: راشيل هاريسون – جامعة نيويورك
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews
البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“البقاء على قيد الحياة المعتمد على أورجو للخلايا العصبية لمستقبلات حاسة الشم في النمل” بوجدان سييريبرينيكوف وآخرون. التقدم العلمي
ملخص
البقاء على قيد الحياة المعتمد على أورجو للخلايا العصبية لمستقبلات حاسة الشم في النمل
الرائحة ضرورية للسلوك الاجتماعي المعقد في الحشرات. للتمييز بين الإشارات الاجتماعية المعقدة، طور النمل عددًا كبيرًا من السكان مستقبلات حاسة الشم (أو) الجينات.
الطفرات في الجين المُلزم لمستقبلات الرائحة مسخ مما يؤدي إلى فقدان ~ 80٪ من كبيبات الفص الهوائي في النملة القافزة Harbegnathos مالح. ومع ذلك، فإن الآلية الخلوية لا تزال غير واضحة.
نعرض هنا موت الخلايا المبرمج الهائل للخلايا العصبية لمستقبلات الرائحة (ORNs) بسبب إجهاد ER في غياب Orco خلال المراحل المتوسطة والمتأخرة من تطور العذراء.
أظهر المزيد من التحليل النسخي الكلي والنواة الواحدة أنه على الرغم من أن معظم مسخالتعبير عن ORNs يموت مسخ المسوخ، نسبة صغيرة منهم على قيد الحياة: يظهرون مستقبلات أيونوتروبيك (و) الجينات التي تشكل مجمعات الأشعة تحت الحمراء.
وبالإضافة إلى ذلك، وجدنا بعض أو يتم التعبير عن الجينات في الخلايا العصبية الحسية الميكانيكية والخلايا غير العصبية، ربما بسبب تنظيم التسرب من الخلايا غير العصبية القريبة.أو الجينات.
توفر النتائج التي توصلنا إليها لمحة شاملة عن تطوير ORN و أو تعبير ح. تروفاتور.
