Proteína Orco
A proteína Orco é crucial para a sobrevivência dos neurônios olfativos em formigas. A mutação do gene orco nas formigas Harpegnathos saltator reduziu drasticamente o número de neurônios olfativos, prejudicando suas interações sociais.
Este estudo destaca a importância da Orco no desenvolvimento neural e na comunicação social em formigas. Compreender esses mecanismos pode fornecer insights sobre o comportamento social mediado pelos sentidos em animais e humanos.
Fatos importantes:
- A proteína Orco é vital para o desenvolvimento e sobrevivência dos neurônios olfativos em formigas.
- Formigas mutantes sem Orco experimentaram uma morte neuronal significativa e interações sociais prejudicadas.
- O estudo oferece novos insights sobre como os sistemas sensoriais e os comportamentos sociais estão ligados em animais.
Enquanto o olfato desempenha um papel considerável nas interações sociais dos humanos — por exemplo, sinalizando medo ou gerando proximidade — para as formigas, ele é de vital importância.
Pesquisadores da Universidade de Nova York e da Universidade da Flórida descobriram que uma proteína chave chamada Orco, essencial para a função das células olfativas, também é crucial para a sobrevivência dessas células em formigas.
Seu estudo mostrou que a mutação do gene orco nas formigas saltadoras Harpegnathos saltator diminuiu dramaticamente o número de neurônios olfativos, sugerindo que Orco é necessário para o desenvolvimento e a vida dessas células. As descobertas, publicadas na Science Advances, oferecem insights sobre a base celular e molecular de como os animais socializam. “Compreender como o sistema nervoso se desenvolve é um dos desafios mais prementes na neurociência moderna”, disse Bogdan Sieriebriennikov, pós-doutorando no Departamento de Biologia da NYU e primeiro autor do estudo.
Sentindo o cheiro e formigas mutantes
As formigas evoluíram aproximadamente 400 receptores de cheiro — um número mais próximo dos humanos do que da maioria dos outros insetos — graças ao uso da comunicação por feromônios.
“As formigas, como os humanos, são altamente sociais e exibem comportamento social cooperativo, sendo assim 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.
“A expansão dos genes dos receptores de odor permite 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 a comunicação, o olfato é essencial.
“A perda da função dos neurônios dos receptores de odor leva a déficits na detecção olfativa e muitas vezes está associada ao isolamento social, transtornos neurológicos como esquizofrenia e transtornos sociais como o autismo”, acrescentou Yan.
Para entender melhor como o sentido de olfato das formigas influencia suas interações sociais, os pesquisadores da NYU criaram anteriormente as primeiras formigas geneticamente modificadas usando CRISPR para editar o gene orco. Essas formigas “mutantes”, sem a proteína Orco, apresentaram alterações em seus órgãos de olfato e dificuldade de interação. “Descobrimos que as antenas — que são o ‘nariz’ da formiga — tinham muito poucas células. Elas estavam quase vazias, sugerindo que as células que detectam cheiro estavam ausentes nas formigas mutantes”, disse Yan.
A sobrevivência dos neurônios depende do Orco
Em seu novo estudo na Science Advances, os pesquisadores usaram perfis de expressão gênica de núcleo único das antenas das formigas e microscopia de fluorescência para analisar o desenvolvimento das células olfativas. Emergiu que insetos mutantes sem Orco perdem a maioria dos seus neurônios olfativos antes da idade adulta.
“As células parecem ser feitas normalmente e começam a se desenvolver — crescendo, mudando de forma e ativando certos genes que precisarão mais tarde, como os receptores de odor”, observou Sieriebriennikov. “Uma vez que as células em desenvolvimento ativam os receptores de odor, logo começam a morrer em grande quantidade.”
Essa morte neuronal pode ser devido ao estresse. Como os receptores de odor nas formigas mutantes não podem formar um complexo com Orco para viajar até a membrana celular, os receptores recém-criados entopem as organelas, levando ao estresse e à morte.
Tal morte neuronal também pode mostrar padrões particulares aos 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 dos receptores de odor”, disse Kayli Sieber, doutoranda na Universidade da Flórida e co-primeira autora do estudo.
Interessantemente, alguns receptores de odor sobreviveram mesmo sem Orco. As células em que 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 corretamente. Sem Orco, as células olfativas não ‘dispararam’ e completaram seu desenvolvimento, levando à sua morte”, disse Sieriebriennikov.
Os pesquisadores também descobriram que alguns receptores de odor estão presentes em células que não detectam cheiro, como neurônios mecanossensoriais que detectam movimento e glia, que envolvem os neurônios e os ajudam a funcionar.
Isso pode ser devido à regulação imperfeita dos genes, que faz com que os receptores de odor sejam ativados acidentalmente por regiões genômicas próximas que normalmente regulam outros genes em outras células. Alternativamente, os receptores podem ter uma nova função nessas células, como os receptores de odor encontrados na glia de vermes C. elegans ou no esperma humano.
“Ativar genes de receptores de odor nas células que não detectam cheiro pode ser totalmente inútil para o organismo — mas, novamente, a evolução tende a usar esses erros para dar novos funções aos genes existentes, então talvez haja algum novo papel emocionante dos receptores de odor em células não olfativas que descobriremos no futuro”, observou Sieriebriennikov.
“Nossas descobertas aumentam nossa compreensão dos sistemas sensoriais dos insetos sociais, incluindo o desenvolvimento neural olfativo que estabelece uma base para a comunicação social”, disse Yan.
