A pesar de los muchos avances recientes destacados anteriormente, nuestra comprensión de la señalización de feromonas en C. elegans es limitada, particularmente en el contexto de los hábitats naturales y las interacciones ecológicas salientes. Concluimos esta revisión identificando dos amplias categorías de problemas a los que se enfrentan actualmente los investigadores en este campo y sugerimos formas en las que los biólogos de sistemas podrían contribuir a este esfuerzo:
I.
Producción y perduración de feromonas ascarósidas en hábitats naturales – ¿Cómo comunican las feromonas información sobre la experiencia de un individuo? ¿Cómo encuentran los individuos las feromonas en entornos naturales?
a.
Objetivo 1: Revelar la distribución espacial de las feromonas
No está claro hasta qué punto los animales liberan feromonas de forma constitutiva o situacional. También se desconoce si las moléculas individuales de las mezclas de feromonas se liberan de forma independiente o en pulsos coordinados. Resolver estas cuestiones es necesario para entender cómo C. elegans experimenta las señales de feromonas. Se espera que los ascarósidos se difundan fácilmente en los entornos en los que viven los nematodos. Esto plantea la cuestión de cómo los animales discriminan entre las señales producidas por diferentes emisores: gradientes que emanan de una fuente o como «paquetes» discretos de múltiples ascarósidos. La espectrometría de masas es una técnica que puede utilizarse para caracterizar la distribución espacial de compuestos como las feromonas ascarósidas.
b.
Objetivo 2: Determinar cómo cambian las distribuciones de feromonas a lo largo del tiempo
No está muy claro qué ocurre con las feromonas ascarósidas después de que se liberan en el medio ambiente y si están o no sujetas a modificación o degradación. Los diferentes motivos químicos y cadenas de ácidos grasos sugieren que las tasas de degradación y difusión de los diferentes ascarósidos podrían ser diferentes. Las mediciones experimentales de estas tasas podrían ayudar a determinar cómo los animales distinguen entre diferentes fuentes de feromonas y si los receptores podrían estimar cuándo el emisor liberó la señal basándose en la degradación o modificación diferencial de los diferentes componentes de los ascarósidos.
c.
Objetivo 3: Caracterizar las feromonas en muestras naturales
Críticamente, las feromonas identificadas hasta ahora se han detectado en entornos de laboratorio. Es posible que en los hábitats naturales se liberen diferentes ascarósidos, en respuesta a otras especies de nematodos, patógenos o a la dieta. Además, los ascarósidos procedentes de fuentes no elegantes que están presentes en los hábitats naturales de C. elegans están todavía mal caracterizados. La metabolómica puede utilizarse para estudiar las feromonas presentes en las muestras ambientales que contienen C. elegans.
II.
Percepción de las feromonas por los circuitos neuronales de los receptores – ¿Cómo son descifrados por el receptor los mensajes comunicados por el emisor? ¿Podrían los gusanos distinguir entre los mensajes honestos emitidos por su propia especie y los mensajes emitidos por otras especies y los tramposos?
a.
Objetivo 1: Vincular experimentalmente los quimiorreceptores de C. elegans con los ligandos de los ascarósidos
Los C. elegans probablemente dedican docenas, si no cientos, de genes quimiorreceptores a percibir los ascarósidos, pero la correspondencia entre los ligandos y los receptores sigue siendo en gran medida desconocida. En Drosophila y en los humanos, se han utilizado ensayos heterólogos a gran escala para relacionar un gran número de receptores con odorantes específicos. En C. elegans se han utilizado enfoques heterólogos de bajo rendimiento para identificar receptores de feromonas, pero estos experimentos podrían ampliarse a nivel de todo el genoma. Los candidatos prometedores de los ensayos heterólogos podrían probarse fácilmente in vivo utilizando CRISPR.
b.
Objetivo 2: Predicción in silico de pares ascarósido/quemorreceptor
En paralelo, el acoplamiento de ligandos y la dinámica molecular pueden utilizarse para predecir las feromonas ascarósidas unidas a un quimiorreceptor determinado, basándose únicamente en la información de la secuencia de la proteína. Si tiene éxito, este enfoque podría extenderse al creciente número de nematodos relacionados con secuencias genómicas. ¿Cómo cambia la sensación de los ascaridos en relación con la liberación de feromonas en diferentes especies? ¿Hasta qué punto las especies perciben ascarósidos que son producidos por otras especies?
c.
Objetivo 3: Caracterizar las neuronas sensoriales utilizadas para procesar las señales de los ascarósidos
La identidad de los GPCRs candidatos que se unen a los ascarósidos podría utilizarse para determinar qué neuronas los expresan, proporcionando un mapa detallado de la parte sensorial del sistema nervioso dedicada a procesar las señales de las feromonas. Junto con un mapa igualmente detallado (con resolución de una sola neurona) de la expresión de la proteína Gα y los experimentos para identificar los contactos físicos entre los GPCRs y las proteínas Gα, ayudaría a probar las hipótesis sobre los mecanismos moleculares que dan lugar a la especificidad y la separación de señales que caracterizan la detección de ascarósidos por el sistema nervioso.