Обонятельный корецептор необходим для выживания нейронов у муравьев

Химические сигналы, в частности, феромоны, обеспечивают узнавание и взаимодействие социальных насекомых, поэтому обоняние играет важную роль в их жизни. Муравьи способны распознавать сложные сигналы благодаря чувствительным к запахам рецепторам, одна из групп которых представлена 300–500 рецепторами пахучих веществ (одорантов) в комплексе с облигатным корецептором Orco (odorant receptor co-receptor). Экспрессирующие их обонятельные нейроны находятся на усиках (антеннах) насекомых. Ранее исследователи из США показали, что у муравьев Harpegnathos saltator дефицит Orco нарушал любые ощущения, опосредованные рецепторами одорантов, вызывал гибель обонятельных нейронов и связанных с ними структур мозга (гломерул в антеннальных долях), а также отклонения в социальном поведении. В новой работе ученые раскрыли клеточные и молекулярные механизмы, приводящие к сокращению нервных клеток и структур мозга у муравьев.

Авторы работы собрали усики куколок H. saltator с одним или двумя мутантными аллелями Orco в период с 10 по 28 день после образования кокона. Чтобы проследить за судьбой обонятельных нейронов, ученые окрасили усики специфичным для клеточных ядер красителем Hoechst в сочетании с антителами к маркерам апоптоза (программируемой гибели клеток).

Гибель обонятельных нейронов у гомозиготных мутантов начиналась на 16 день после формирования кокона и достигала максимума на 19 и 22 дни, когда в норме возрастает экспрессия Orco и генов рецепторов одорантов. Авторы заключили, что 15–19 дни являются ключевыми в развитии куколки, поскольку активный синтез корецептора в этот момент нужен для выживания нервных клеток. Утрата 80% гломерул в антеннальных долях мутантов, по мнению ученых, могла объяснятся недостаточным числом входов аксонов из-за гибели нейронов. Авторы предположили, что муравьиный Orco, подобно тому, как это происходит у дрозофил, участвовал в транспорте рецепторов по внутриклеточной сети цистерн и каналов (эндоплазматическому ретикулуму, ЭПР) к дендритам нейронов. Нарушение транспорта, в свою очередь, способствовало накоплению рецепторов в ЭПР и, как следствие, клеточному стрессу и индукции апоптоза.

Чтобы охарактеризовать выжившие клетки, исследователи изучили паттерны активности генов на уровне ткани и единичных ядер в усиках взрослых муравьев с гомо- и гетерозиготным сочетанием нормальных и измененных аллелей Orco. Часть из них оказалась нейронами, экспрессирующими гены ионотропных рецепторов, также чувствительных к запахам и образующих комплекс с корецептором Irco. Получается, в этих клетках совместно экспрессировались гены хеморецепторов двух групп: ионотропных и рецепторов одорантов, что не соответствовало устоявшемуся предположению «один нейрон — один рецептор».

Интересно, что гены рецепторов одорантов были активны в клетках, не участвующих в восприятии запахов — механочувствительных нейронах и вспомогательных ненейрональных клетках. Это могло быть связано с их активацией близлежащими участками генома, которые обычно регулируют другие гены. Обонятельные рецепторы в таких клетках могут выполнять иную функцию, например, у дрозофил они вовлечены в восприятие температуры, а у комаров — присутствуют в сперматозоидах и могут участвовать в их хемотаксисе.

По мнению авторов, описанные ими особенности развития обонятельных нейронов и рецепторов у муравьев Harpegnathos saltator расширяют представление о сенсорных системах, которые обеспечивают коммуникацию общественных насекомых.

Вкусные и невкусные запахи обрабатываются у саранчи разными нейронами