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Em muitos animais, incluindo formigas, a barreira hematoencefálica (BHE) garante o funcionamento normal do cérebro, controlando o movimento de várias substâncias para dentro e para fora do cérebro. Agora, pesquisadores reportando na revista Célula em 7 de setembro fizeram a descoberta inesperada de que o BBB em formigas carpinteiras desempenha um papel ativo no controle do comportamento que é essencial para o funcionamento de colônias inteiras de formigas. A chave é a produção na BBB de uma enzima específica que degrada hormônios.
“Nessas formigas, o BBB produz uma versão especial da enzima Esterase do hormônio juvenil (Jhe), que degrada o hormônio juvenil (JH3)”, diz Karl Glastad, co-autor principal junto com Linyang Ju, ambos no laboratório de pesquisa sênior. autora Shelley Berger, da Perelman School of Medicine da Universidade da Pensilvânia, na Filadélfia.
“Normalmente, as enzimas J são secretadas na hemolinfa (sangue do inseto); porém a cópia produzida pela formiga BBB é retida nas células da BBB, onde controla a quantidade do hormônio JH3 que entra no cérebro da formiga operária”, diz Ju. .
O hormônio JH3 é conhecido por promover o forrageamento entre insetos trabalhadores sociais. Diferentes tipos de formigas operárias dentro da mesma colônia realizam “trabalhos” muito diferentes. As novas descobertas mostram que isso resulta, em parte, de diferentes níveis da enzima que degrada JH3 na BHE, levando a diferentes níveis do hormônio JH3 no cérebro.
A descoberta sublinha como uma única proteína expressa no local certo e no momento certo pode ter efeitos importantes nos comportamentos individuais subjacentes a sociedades complexas, dizem os investigadores. E não são apenas formigas; os pesquisadores já têm evidências de que mecanismos semelhantes também podem desempenhar um papel no comportamento dos ratos.
Os pesquisadores fizeram a descoberta depois de aplicar o sequenciamento de RNA unicelular para compreender as diferenças na atividade genética nas células do cérebro em duas castas comportamentais de formigas: forrageadoras e soldados. A análise revelou que o gene que codifica Jhe, a enzima degradante do hormônio JH3, foi encontrado apenas em células BBB. Também mostrou diferenças marcantes entre as células BBB de forrageadoras e soldados. Eles queriam saber mais sobre o que isso significava para o comportamento das formigas.
Seus estudos mostram que a manipulação intencional do nível da enzima degradante Jhe reprograma o cérebro e comportamentos complexos que diferem entre as castas de formigas, mudando a casta dos soldados para o comportamento de forrageamento. Eles passaram a aparecer em Drosófila moscas da fruta que a enzima está naturalmente fora das células. Quando fizeram a mosca BBB expressar a versão formiga da enzima Jhe, observaram mudanças comportamentais semelhantes às observadas nas formigas.
“Diferenças na expressão desta única enzima [Jhe] entre o BBB de diferentes castas controlam a decisão extremamente importante de forragear ou permanecer dentro do ninho para defesa como soldados e podem até reprogramar moscas para mudar o comportamento de busca de alimento”, disse Glastad.
Para ver se mecanismos semelhantes se aplicam a outros animais, os pesquisadores também analisaram dados publicados de um painel de células endoteliais de camundongos, incluindo aquelas do BBB de camundongo. Eles descobriram que as células BBB de camundongos também expressavam várias enzimas que degradam hormônios em níveis mais elevados do que qualquer outro tipo de célula endotelial. Mais notavelmente, estes incluem enzimas que degradam o hormônio testosterona.
“Isso sugere que controlar a entrada do hormônio no cérebro pela BBB é uma função que se estende muito além das formigas e que controlar um hormônio diferencialmente entre as condições comportamentais observadas nas formigas pode existir em outros organismos, incluindo mamíferos”, diz Berger. Em estudos futuros, os investigadores afirmam querer saber mais sobre a origem e prevalência deste mecanismo e se se trata de uma estratégia convergente para controlar o comportamento fora das formigas.
Este trabalho foi apoiado pelo NIH e pela NSF.
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