Nonostante i molti progressi recenti evidenziati sopra, la nostra comprensione della segnalazione dei feromoni in C. elegans è limitata, in particolare nel contesto degli habitat naturali e delle interazioni ecologiche salienti. Concludiamo questa revisione identificando due ampie categorie di problemi che i ricercatori nel campo attualmente affrontano e suggeriamo modi in cui i biologi dei sistemi potrebbero contribuire a questo sforzo:
I.
Produzione e persistenza di feromoni ascarosidi in habitat naturali – Come fanno i feromoni a comunicare informazioni sull’esperienza di un individuo? Come fanno gli individui ad incontrare i feromoni negli ambienti naturali? a.
Obiettivo 1: Rivelare la distribuzione spaziale dei feromoni
Non è chiaro fino a che punto gli animali rilascino i feromoni in modo costitutivo o per situazione. Inoltre non è noto se le singole molecole nelle miscele di feromoni sono rilasciate indipendentemente o in impulsi coordinati. Risolvere queste domande è necessario per capire come C. elegans sperimenta i segnali dei feromoni. Ci si aspetta che gli ascarosidi si diffondano facilmente negli ambienti in cui vivono i nematodi. Questo solleva la questione di come gli animali discriminano tra i segnali prodotti da diversi mittenti – gradienti che emanano da una fonte o come discreti ‘pacchetti’ di più ascarosidi. La spettrometria di massa per immagini è una tecnica che può potenzialmente essere usata per caratterizzare la distribuzione spaziale di composti come i feromoni ascarosidi.
b.
Obiettivo 2: Determinare come la distribuzione dei feromoni cambia nel tempo
Non è chiaro cosa succede ai feromoni ascarosidi dopo che sono rilasciati nell’ambiente e se sono soggetti o meno a modifiche o degradazione. Diverse società chimiche e catene di acidi grassi suggeriscono che i tassi di degradazione e diffusione dei diversi ascarosidi potrebbero essere diversi. Misurazioni sperimentali di questi tassi potrebbero aiutare a determinare come gli animali distinguono tra diverse fonti di feromoni e se i destinatari possono stimare quando il mittente ha rilasciato il segnale basandosi sulla degradazione o modifica differenziale dei diversi componenti dell’ascaroside.
c.
Obiettivo 3: Caratterizzare i feromoni in campioni naturali
Criticamente, i feromoni identificati finora sono stati rilevati in laboratorio. È possibile che diversi ascarosidi siano rilasciati in habitat naturali, in risposta ad altre specie di nematodi, patogeni o dieta. Inoltre, gli ascarosidi da fonti non-elegani che sono presenti negli habitat naturali di C. elegans sono ancora poco caratterizzati. Metabolomica può essere utilizzato per rilevare i feromoni trovati in campioni ambientali che contengono C. elegans.
II.
Percezione dei feromoni da parte dei circuiti neurali nei destinatari – Come vengono decifrati i messaggi comunicati dal mittente dal destinatario? I vermi possono distinguere tra i messaggi onesti rilasciati dalla loro specie e i messaggi rilasciati da altre specie e da imbroglioni?
a.
Obiettivo 1: collegare sperimentalmente i chemorecettori di C. elegans con i ligandi degli ascarosidi
I C. elegans probabilmente dedicano decine se non centinaia di geni chemorecettori al rilevamento degli ascarosidi, ma la corrispondenza tra ligandi e recettori è ancora ampiamente sconosciuta. In Drosophila e negli esseri umani, sono stati utilizzati saggi eterologhi su larga scala per collegare un gran numero di recettori con odoranti specifici. Approcci eterologhi a basso rendimento sono stati utilizzati in C. elegans per identificare i recettori dei feromoni, ma questi esperimenti potrebbero essere estesi a livello di genoma. I candidati promettenti dai saggi eterologhi potrebbero essere facilmente testati in vivo usando CRISPR.
b.
Obiettivo 2: Predire in silico le coppie ascaroside/chemorecettore
In parallelo, il docking dei ligandi e la dinamica molecolare possono essere usati per predire i feromoni ascaroside legati a un dato chemorecettore, basandosi solo su informazioni di sequenza proteica. In caso di successo, questo approccio potrebbe essere esteso al crescente numero di nematodi correlati con sequenze di genoma. Come cambia la sensazione di ascaroside in relazione al rilascio di feromoni in specie diverse? In che misura le specie percepiscono gli ascarosidi prodotti da altre specie?
c.
Obiettivo 3: Caratterizzare i neuroni sensoriali usati per elaborare i segnali degli ascarosidi
L’identità dei candidati GPCR che legano gli ascarosidi potrebbe essere usata per determinare quali neuroni li esprimono, fornendo una mappa dettagliata della parte sensoriale del sistema nervoso dedicata all’elaborazione dei segnali dei feromoni. Accoppiato con una mappa altrettanto dettagliata (risoluzione del singolo neurone) dell’espressione della proteina Gα ed esperimenti per identificare i contatti fisici tra GPCRs e proteine Gα, aiuterebbe a testare le ipotesi sui meccanismi molecolari che danno origine alla specificità e alla separazione del segnale che caratterizzano la rilevazione degli ascarosidi da parte del sistema nervoso.
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