Ondanks de vele recente vorderingen die hierboven zijn belicht, is ons begrip van feromoonsignalering in C. elegans beperkt, met name in de context van natuurlijke habitats en saillante ecologische interacties. We besluiten dit overzicht door twee brede categorieën van problemen te identificeren waarmee onderzoekers in het veld momenteel worden geconfronteerd en suggereren manieren waarop systeembiologen aan deze inspanning zouden kunnen bijdragen:
I.
Productie en perdurance van ascaroside feromonen in natuurlijke habitats – Hoe communiceren feromonen informatie over de ervaring van een individu? Hoe komen individuen in contact met feromonen in natuurlijke omgevingen?
a.
Doel 1: Ruimtelijke verdeling van feromonen onthullen
Het is onduidelijk in welke mate dieren feromonen constitutief of situationeel vrijgeven. Ook onbekend is of individuele moleculen in feromoonmengsels onafhankelijk of in gecoördineerde pulsen worden vrijgegeven. Het oplossen van deze vragen is noodzakelijk om te begrijpen hoe C. elegans feromoon signalen ervaren. Van ascarosiden wordt verwacht dat ze zich gemakkelijk verspreiden in de omgeving waarin nematoden leven. Dit doet de vraag rijzen hoe de dieren onderscheid maken tussen signalen die door verschillende afzenders worden geproduceerd – gradiënten die uitgaan van een bron of als discrete “pakketjes” van meerdere ascarosiden. Massaspectrometrie beeldvorming is een techniek die mogelijk kan worden gebruikt om de ruimtelijke verdeling van verbindingen zoals ascaroside feromonen karakteriseren.
b.
Doel 2: Bepalen hoe feromoon distributies veranderen in de tijd
Het is grotendeels onduidelijk wat er gebeurt met ascaroside feromonen nadat ze zijn vrijgegeven in het milieu en of ze al dan niet onderhevig zijn aan modificatie of degradatie. Verschillende chemische verbindingen en vetzuurketens suggereren dat de snelheid van afbraak en verspreiding van verschillende ascarosiden verschillend zou kunnen zijn. Experimentele metingen van deze snelheden zouden kunnen helpen om te bepalen hoe dieren onderscheid maken tussen verschillende feromoonbronnen en of ontvangers kunnen inschatten wanneer de zender het signaal heeft vrijgegeven op basis van differentiële afbraak of modificatie van verschillende ascarosidecomponenten.
c.
Doel 3: Feromonen karakteriseren in natuurlijke monsters
Kritisch is dat de feromonen die tot nu toe zijn geïdentificeerd, zijn gedetecteerd in laboratoriumomgevingen. Het is mogelijk dat verschillende ascarosiden vrijkomen in natuurlijke habitats, in reactie op andere nematodensoorten, pathogenen, of dieet. Bovendien zijn de ascarosiden van niet-elegans bronnen die aanwezig zijn in C. elegans natuurlijke habitats nog steeds slecht gekarakteriseerd. Metabolomics kan worden gebruikt om de feromonen in milieumonsters waarin C. elegans voorkomt, te onderzoeken.
II.
Perceptie van feromonen door de neurale circuits in de ontvangers – Hoe worden de door de zender meegedeelde boodschappen ontcijferd door de ontvanger? Kunnen wormen onderscheid maken tussen de eerlijke boodschappen van hun eigen soort en boodschappen van andere soorten en bedriegers?
a.
Doel 1: C. elegans chemoreceptoren experimenteel linken met ascaroside liganden
C. elegans waarschijnlijk wijden tientallen zo niet honderden chemoreceptor genen aan sensing ascarosides, maar de correspondentie tussen liganden en receptoren is nog grotendeels onbekend. In Drosophila en de mens, zijn grootschalige heterologe assays gebruikt om een groot aantal receptoren te koppelen aan specifieke geurstoffen. Low-throughput heterologe benaderingen zijn gebruikt in C. elegans om feromoon receptoren te identificeren, maar deze experimenten kunnen worden uitgebreid tot een genoom-breed niveau. Veelbelovende kandidaten van heterologe essays kunnen gemakkelijk worden getest in vivo met behulp van CRISPR.
b.
Goal 2: In silico voorspellen ascaroside / chemoreceptor paren
In parallel, ligand docking en moleculaire dynamica kan worden gebruikt om de ascaroside feromonen gebonden aan een bepaalde chemoreceptor te voorspellen, zich baseren uitsluitend op eiwitsequentie informatie. Indien deze aanpak succesvol is, kan hij worden uitgebreid tot het groeiende aantal verwante nematoden met genoomsequenties. Hoe verandert het gevoel voor ascaroside in relatie tot het vrijkomen van feromonen bij verschillende soorten? In welke mate voelen soorten ascarosiden die worden geproduceerd door andere soorten?
c.
Doel 3: Karakteriseer sensorische neuronen die worden gebruikt voor het verwerken van ascaroside signalen
Identiteit van kandidaat ascaroside-bindende GPCRs kan worden gebruikt om te bepalen welke neuronen ze tot expressie brengen, waardoor een gedetailleerde kaart van het sensorische deel van het zenuwstelsel gewijd aan het verwerken van feromoon signalen. Gekoppeld aan een even gedetailleerde (single-neuron resolutie) kaart van Gα proteïne expressie en experimenten om fysische contacten tussen GPCRs en Gα proteïnen te identificeren, zou dit helpen om de hypotheses te testen over moleculaire mechanismen die aanleiding geven tot specificiteit en signaalscheiding die kenmerkend zijn voor ascaroside detectie door het zenuwstelsel.