diciembre 5, 2021

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Una sola molécula controla un inusual interruptor de hormigas

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Foto: Trabajador de sal de Harpegnathos capturado en una vista agresiva (mandíbula inferior abierta) dirigida al fotógrafo.
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Crédito: Carl Glastad (Berger Lab)

Dependiendo del resultado de los conflictos sociales, las hormigas son una especie Harpegnathos salados Hizo algo inusual: podían cambiar de un estado de trabajo a un estado similar a una reina conocido como gamergate. Ahora, los investigadores escriben en la revista celda de prisión El 4 de noviembre, se hizo el sorprendente descubrimiento de que una sola proteína, llamada Kr-h1 (homólogo 1 de Krüppel), responde a hormonas socialmente reguladas para regular esta compleja transformación social.

“Los cerebros de los animales son plásticos; este proceso, que también ocurre en los cerebros humanos, piense en los cambios de comportamiento durante la adolescencia, es esencial para la supervivencia, pero no se comprenden los mecanismos moleculares que lo controlan”, dice Roberto Bonacio de la Escuela Perelman de la Universidad de Pensilvania. de Medicina. por completo. Determinamos que en las hormigas, Kr-h1 suprime la plasticidad del cerebro al prevenir la activación genética inapropiada “.

En una colonia de hormigas, los trabajadores mantienen la colonia encontrando comida y luchando contra los invasores, mientras que la tarea principal de la reina es poner huevos. Sin embargo, son las mismas instrucciones genéticas las que dan lugar a estos roles y comportamientos sociales tan diferentes. Al estudiar las hormigas, Bonacio y sus colegas, incluida Shelley Berger, también de la Universidad de Pensilvania, querían comprender cómo ciertos genes que se “encienden” o “apagan” afectan la función y el comportamiento del cerebro. Harpegnathos Los adultos pueden cambiar de factor a jugador, eran ideales para tales estudios.

Para que puedan estudiar los eventos moleculares fundamentales que causan tal cambio, el equipo de investigación, dirigido por los coautores Janko Josbusic y Karl Glastad, ha desarrollado un método para aislar neuronas de hormigas y mantenerlas vivas en platos de plástico en el laboratorio. . Esto permitió al equipo explorar cómo responden las células a los cambios en su entorno, incluidos los niveles hormonales.

Estos estudios también determinan que dos hormonas, la hormona juvenil y la ecdisona, que están presentes en diferentes niveles en los cuerpos de trabajadores y jugadores, produjeron patrones distintos de activación genética en los cerebros de las dos clases. La mayor sorpresa fue que ambas hormonas afectaron a las células activando una sola proteína, Kr-h1.

“Esta proteína regula diferentes genes en los trabajadores y los juegos y evita que las hormigas realicen comportamientos ‘socialmente inapropiados'”, dice Berger. “Esto significa que Kr-h1 es necesario para mantener los límites entre las clases sociales y garantizar que los trabajadores continúen trabajando mientras los jugadores continúan funcionan como reinas “.

“No esperábamos que la misma proteína pudiera silenciar diferentes genes en los cerebros de diferentes estratos y, como consecuencia, suprimir el comportamiento de juego de los trabajadores y el comportamiento de jugador de los trabajadores”, agrega Bonacio. “Pensamos que estas funciones se asignarían a dos o más factores diferentes, cada uno de los cuales solo está presente en uno u otro del cerebro”.

Los hallazgos revelan roles importantes para las hormonas reguladas socialmente y la regulación genética en la capacidad de los cerebros de los animales para cambiar de un estado genético y clase social a otro. “El mensaje clave es que, al menos en las hormigas, se identifican simultáneamente múltiples patrones de comportamiento en el genoma y que la regulación genética puede tener un impacto significativo en el comportamiento que lleva a cabo un organismo”, dice Berger. “En otras palabras, las partes del Dr. Jekyll y del Sr. Hyde ya se han escrito en el genoma. Una persona puede desempeñar cualquiera de los roles, dependiendo de qué interruptores genéticos estén activados o desactivados”.

Los investigadores creen que los efectos pueden ir más allá de la comprensión de la plasticidad del comportamiento de las hormigas y otros insectos. “Es tentador especular que las proteínas relacionadas pueden tener funciones similares en cerebros más complejos, incluido el nuestro”, dice Bonacio. “El descubrimiento de estas proteínas puede que algún día nos permita restaurar la plasticidad de los cerebros que la han perdido, por ejemplo, cerebros envejecidos”.

El hallazgo de que un solo factor puede reprimir diferentes conjuntos de genes y comportamientos en diferentes cerebros plantea preguntas importantes sobre cómo se regula la función dual de esta y otras proteínas. En estudios futuros, los investigadores planean explorar el papel de Kr-h1 en otros organismos. Dicen que también quieren explorar cómo el medio ambiente afecta la regulación genética a nivel epigenético, a través de la presencia o ausencia de ciertos marcadores químicos en el ADN, y cómo esto, a su vez, afecta la plasticidad y el comportamiento del cerebro.

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Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud, el Programa Searle Scholars y el Premio de Investigación Max Planck-Humboldt 2020.

celda de prisióny Gospocic, Glastad et al .: “Kr-h1 mantiene distintos neurotransmisores específicos de clase social en respuesta a hormonas socialmente reguladas”. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01180-6

celda de prisión (CellCellPress), la revista insignia de Cell Press, es una revista bimensual que publica hallazgos de extraordinario interés en cualquier campo de la biología experimental, que incluye, entre otros, biología celular, biología molecular, neurociencia, inmunología y virología., Microbiología, cáncer , genética humana, biología de sistemas, señalización, mecanismos de enfermedades y terapias. visitar http://www.cell.com/cell. Para recibir alertas de medios de Cell Press, comuníquese con [email protected].


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