Pomimo wielu ostatnich postępów podkreślonych powyżej, nasze zrozumienie sygnalizacji feromonowej u C. elegans jest ograniczone, szczególnie w kontekście naturalnych siedlisk i istotnych interakcji ekologicznych. Kończymy ten przegląd identyfikując dwie szerokie kategorie problemów, z którymi obecnie borykają się badacze w tej dziedzinie i sugerujemy, w jaki sposób biolodzy systemów mogliby przyczynić się do tych wysiłków:
I.
Produkcja i trwałość feromonów askarydowych w siedliskach naturalnych – W jaki sposób feromony przekazują informacje o doświadczeniu osobnika? W jaki sposób osobniki napotykają feromony w środowisku naturalnym? a.
Cel 1: Ujawnienie przestrzennego rozmieszczenia feromonów
Nie wiadomo, w jakim stopniu zwierzęta uwalniają feromony konstytutywnie czy sytuacyjnie. Nie wiadomo również, czy poszczególne cząsteczki w mieszankach feromonów uwalniane są niezależnie, czy w skoordynowanych impulsach. Rozstrzygnięcie tych kwestii jest niezbędne do zrozumienia, w jaki sposób C. elegans odbiera sygnały feromonowe. Oczekuje się, że askarozydy łatwo rozprzestrzeniają się w środowisku, w którym żyją nicienie. Rodzi to pytanie, w jaki sposób zwierzęta rozróżniają sygnały wytwarzane przez różnych nadawców – gradienty emanujące ze źródła lub jako dyskretne „pakiety” wielu askarozydów. Obrazowanie za pomocą spektrometrii mas jest techniką, która może być potencjalnie wykorzystana do scharakteryzowania rozkładu przestrzennego związków takich jak feromony askarydowe.
b.
Cel 2: Określenie, jak rozkład feromonów zmienia się w czasie
W dużej mierze nie jest jasne, co dzieje się z feromonami askarydowymi po ich uwolnieniu do środowiska i czy podlegają one modyfikacji lub degradacji. Różne cząsteczki chemiczne i łańcuchy kwasów tłuszczowych sugerują, że szybkość degradacji i dyfuzji różnych askarozydów może być różna. Eksperymentalne pomiary tych szybkości mogłyby pomóc w ustaleniu, w jaki sposób zwierzęta rozróżniają różne źródła feromonów i czy odbiorcy mogliby oszacować, kiedy nadawca uwolnił sygnał na podstawie różnej degradacji lub modyfikacji różnych składników askarozydów.
c.
Cel 3: Scharakteryzować feromony w próbkach naturalnych
Krytycznie, feromony zidentyfikowane do tej pory zostały wykryte w warunkach laboratoryjnych. Jest możliwe, że w naturalnych siedliskach uwalniane są różne askarozydy w odpowiedzi na inne gatunki nicieni, patogeny lub dietę. Ponadto, askarozydy pochodzące z innych źródeł, które są obecne w naturalnych siedliskach C. elegans, są wciąż słabo scharakteryzowane. Metabolomika może być wykorzystana do badania feromonów znajdujących się w próbkach środowiskowych, w których występuje C. elegans.
II.
Percepcja feromonów przez obwody neuronowe u odbiorców – W jaki sposób komunikaty przekazywane przez nadawcę są rozszyfrowywane przez odbiorcę? Czy robaki mogłyby odróżnić uczciwe wiadomości przekazywane przez ich własny gatunek od wiadomości przekazywanych przez inne gatunki i oszustów?
a.
Cel 1: Eksperymentalne powiązanie chemoreceptorów C. elegans z ligandami askarydowymi
C. elegans prawdopodobnie przeznaczają dziesiątki, jeśli nie setki genów chemoreceptorów do wyczuwania askarydów, ale związek między ligandami i receptorami jest nadal w dużej mierze nieznany. W Drosophila i u ludzi, heterologiczne testy na dużą skalę zostały użyte do powiązania dużej liczby receptorów ze specyficznymi odorantami. U C. elegans do identyfikacji receptorów feromonowych zastosowano metody heterologiczne o niskiej przepustowości, ale te eksperymenty mogłyby być rozszerzone na poziom całego genomu. Obiecujący kandydaci z heterologicznych esejów mogliby być łatwo przetestowani in vivo przy użyciu CRISPR.
b.
Cel 2: In silico predict ascaroside/chemoreceptor pairs
Równolegle, dokowanie ligandów i dynamika molekularna mogą być użyte do przewidywania feromonów askarozydowych związanych z danym chemoreceptorem, polegając wyłącznie na informacji o sekwencji białka. Jeśli to się powiedzie, podejście to może zostać rozszerzone na rosnącą liczbę spokrewnionych nicieni posiadających sekwencje genomowe. Jak zmienia się odczuwanie askarozydu w zależności od uwalniania feromonów u różnych gatunków? W jakim stopniu gatunki wyczuwają askarozydy produkowane przez inne gatunki?
c.
Cel 3: Scharakteryzowanie neuronów czuciowych wykorzystywanych do przetwarzania sygnałów askarozydowych
Tożsamość kandydatów na GPCR wiążące askarozydy mogłaby zostać wykorzystana do określenia, które neurony wykazują ich ekspresję, zapewniając szczegółową mapę czuciowej części układu nerwowego przeznaczonej do przetwarzania sygnałów feromonowych. W połączeniu z podobnie szczegółową (rozdzielczość pojedynczego neuronu) mapą ekspresji białek Gα i eksperymentami mającymi na celu identyfikację fizycznych kontaktów pomiędzy GPCRs i białkami Gα, pomogłoby to przetestować hipotezy dotyczące mechanizmów molekularnych, które dają początek specyficzności i separacji sygnałów, które charakteryzują detekcję askarozydów przez układ nerwowy.
.