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Embora o cheiro desempenhe um papel considerável nas interações sociais dos humanos – por exemplo, sinalizando medo ou gerando proximidade – para as formigas, é de vital importância. Pesquisadores da Universidade de Nova York e da Universidade da Flórida descobriram que uma proteína chave chamada Orco, essencial para o funcionamento das células olfativas, também é crítica para a sobrevivência das células nas formigas.
Seu estudo mostrou que a mutação do Orc gene em Saltador Harpegnathos As formigas saltadoras diminuíram drasticamente o número de neurônios olfativos, sugerindo que o Orco é necessário para o desenvolvimento e a vida dessas células. As descobertas, publicadas em Avanços da Ciênciaoferecem insights sobre a base celular e molecular de como os animais se socializam.
“Compreender como o sistema nervoso se desenvolve está entre os desafios mais prementes da neurociência moderna”, disse Bogdan Sieriebriennikov, pós-doutorado no Departamento de Biologia da NYU e primeiro autor do estudo.
Sentindo cheiro e formigas mutantes
As formigas desenvolveram aproximadamente 400 receptores de cheiro – um número mais próximo dos humanos do que a maioria dos outros insetos – graças ao uso da comunicação por feromônios.
“As formigas, como os humanos, são altamente sociais e exibem um comportamento social cooperativo e, portanto, fornecem um sistema ideal para estudar o comportamento social mediado pelos sentidos”, explicou Hua Yan, professor assistente de biologia na Universidade da Flórida e autor sênior do estudo. “Genes receptores de odor expandidos permitem que as formigas ‘conversem’ entre si em uma grande sociedade com centenas, milhares ou até um milhão de indivíduos.”
Mesmo para os humanos, que dependem de outros sentidos para se comunicar, o olfato é essencial.
“A perda da função dos neurônios receptores de odor leva a déficits na detecção olfativa e está frequentemente associada ao isolamento social, distúrbios neurológicos como a esquizofrenia e distúrbios sociais como o autismo”, acrescentou Yan.
Para entender melhor como o olfato das formigas influencia suas interações sociais, os pesquisadores da NYU criaram anteriormente as primeiras formigas geneticamente modificadas usando CRISPR para editar o Orc gene. Essas formigas “mutantes”, sem a proteína Orco, experimentaram alterações em seus órgãos olfativos e tiveram dificuldade de interagir.
“Descobrimos que as antenas – que são o ‘nariz’ da formiga – tinham muito poucas células. Elas estavam quase vazias, sugerindo que as células que sentem o cheiro estavam ausentes nas formigas mutantes”, disse Yan.
A sobrevivência dos neurônios depende do Orco
Em seu novo estudo em Avanços da Ciência, os pesquisadores usaram perfis de expressão gênica de núcleo único de antenas de formigas e microscopia de fluorescência para analisar o desenvolvimento de células olfativas. Descobriu-se que os insetos mutantes sem Orco perdem a maior parte de seus neurônios olfativos antes da idade adulta.
“As células parecem ser produzidas normalmente e começam a se desenvolver – crescendo, mudando de forma e ativando certos genes de que precisarão mais tarde, como os receptores de odor”, observou Sieriebriennikov. “Uma vez que as células em desenvolvimento ativam os receptores odoríferos, logo elas começam a morrer em grandes quantidades”.
Essa morte neuronal pode ser causada por estresse. Como os receptores de odor nas formigas mutantes não conseguem formar um complexo com Orco para viajar até a membrana celular, os receptores recém-criados obstruem as organelas, levando ao estresse e à morte.
Essa morte neuronal também pode apresentar padrões específicos de insetos sociais. “Até agora, esses processos únicos não foram encontrados em insetos solitários e podem fornecer evidências importantes da evolução do desenvolvimento neural para se adaptar à expansão dos genes receptores de odor”, disse Kayli Sieber, doutoranda na Universidade da Flórida e co-autora. -primeiro autor do estudo.
Curiosamente, alguns receptores de odor sobreviveram mesmo sem o Orco. As células onde estavam presentes também expressavam outros tipos de receptores, sugerindo que a atividade que facilitam é essencial para o desenvolvimento neuronal.
“Alguns neurônios devem ‘disparar’ periodicamente para se desenvolverem adequadamente. Sem Orco, as células olfativas não ‘disparam’ e completam seu desenvolvimento, levando à sua morte”, disse Sieriebriennikov.
Os pesquisadores também descobriram que alguns receptores de odor estão presentes em células não olfativas, como neurônios mecanossensoriais que detectam movimento e glia, que envolvem os neurônios e os ajudam a funcionar. Isto pode ser devido à regulação imperfeita dos genes, o que faz com que os receptores de odor sejam acidentalmente ativados por regiões genômicas próximas que normalmente regulam outros genes em outras células. Alternativamente, os receptores podem ter uma nova função nestas células, como os receptores de odor encontrados na glia de C. elegans vermes ou esperma humano.
“Ativar genes receptores de odores nas células que não são sensíveis ao olfato pode ser totalmente inútil para o organismo – mas, novamente, a evolução tende a fazer uso de tais erros para dar novas funções aos genes existentes, então talvez haja algo novo e excitante. papel dos receptores de odor em células não-chéricas que descobriremos no futuro”, observou Sieriebriennikov.
“Nossas descobertas melhoram nossa compreensão dos sistemas sensoriais dos insetos sociais, incluindo o desenvolvimento neural olfativo que estabelece uma estrutura para a comunicação social”, disse Yan.
Outros autores do estudo incluem Olena Kolumba, Jakub Mlejnek e Shadi Jafari. Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01-DC020203, T32-DC015994), pelo Centro de Pesquisa Cooperativa Indústria-Universidade da National Science Foundation para Tecnologias de Gerenciamento de Artrópodes (#IIP1821914) e pelo Programa de Ciência da Fronteira Humana (LT000010/2020- EU).
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