În ciuda numeroaselor progrese recente evidențiate mai sus, înțelegerea noastră a semnalizării feromonilor la C. elegans este limitată, în special în contextul habitatelor naturale și al interacțiunilor ecologice importante. Încheiem această trecere în revistă prin identificarea a două categorii largi de probleme cu care se confruntă în prezent cercetătorii din domeniu și sugerăm modalități prin care biologii de sisteme ar putea contribui la acest efort:
I.
Producția și perduranța feromonilor ascaridei în habitatele naturale – Cum comunică feromonii informații despre experiența unui individ? Cum se întâlnesc indivizii cu feromonii în mediile naturale?
a.
Obiectivul 1: Dezvăluirea distribuției spațiale a feromonilor
Nu este clar în ce măsură animalele eliberează feromoni în mod constitutiv sau situațional. De asemenea, nu se știe dacă moleculele individuale din amestecurile de feromoni sunt eliberate independent sau în impulsuri coordonate. Rezolvarea acestor întrebări este necesară pentru a înțelege modul în care C. elegans experimentează semnalele de feromoni. Se așteaptă ca ascarosidele să se răspândească ușor în mediile în care trăiesc nematodele. Acest lucru ridică întrebarea cu privire la modul în care animalele fac distincția între semnalele produse de diferiți emițători – gradienți care emană de la o sursă sau sub formă de „pachete” discrete de mai multe ascaroside. Imagistica prin spectrometrie de masă este o tehnică care poate fi potențial utilizată pentru a caracteriza distribuția spațială a compușilor, cum ar fi feromonii ascarozidici.
b.
Obiectivul 2: Determinarea modului în care distribuția feromonilor se modifică în timp
Este în mare parte neclar ce se întâmplă cu feromonii ascarozidici după ce sunt eliberați în mediul înconjurător și dacă aceștia sunt sau nu supuși modificării sau degradării. Diferitele fracțiuni chimice și lanțuri de acizi grași sugerează că ratele de degradare și difuzie ale diferitelor ascaroside ar putea fi diferite. Măsurătorile experimentale ale acestor rate ar putea ajuta la determinarea modului în care animalele disting între diferite surse de feromoni și dacă destinatarii ar putea estima momentul în care expeditorul a eliberat semnalul pe baza degradării sau modificării diferențiate a diferitelor componente ascarosidice.
c.
Obiectivul 3: Caracterizarea feromonilor în probe naturale
Critic, feromonii identificați până în prezent au fost detectați în medii de laborator. Este posibil ca diferite ascaroside să fie eliberate în habitatele naturale, ca răspuns la alte specii de nematode, la agenți patogeni sau la dietă. În plus, ascarosidele provenite din surse non-elegane care sunt prezente în habitatele naturale ale C. elegans sunt încă slab caracterizate. Metabolomica poate fi utilizată pentru a studia feromonii care se găsesc în probele de mediu care conțin C. elegans.
II.
Percepția feromonilor de către circuitele neuronale din receptori – Cum sunt descifrate mesajele comunicate de către emițător de către receptor? Ar putea viermii să distingă între mesajele oneste emise de propria lor specie și mesajele emise de alte specii și trișori?
a.
Obiectivul 1: Conectarea experimentală a chemoreceptorilor C. elegans cu liganzii ascarozidici
C. elegans dedică probabil zeci, dacă nu sute de gene chemoreceptoare pentru detectarea ascarozidelor, dar corespondența dintre liganzi și receptori este încă în mare parte necunoscută. La Drosophila și la om, au fost utilizate teste heterologe la scară largă pentru a lega un număr mare de receptori de odoranți specifici. La C. elegans au fost utilizate abordări heterologe cu randament scăzut pentru a identifica receptorii de feromoni, dar aceste experimente ar putea fi extinse la nivelul întregului genom. Candidații promițători din eseurile heterologe ar putea fi ușor testați in vivo utilizând CRISPR.
b.
Obiectivul 2: Predicția in silico a perechilor ascarosid/chemoreceptor
În paralel, docking-ul ligandului și dinamica moleculară pot fi utilizate pentru a prezice feromonii ascarosidici legați de un anumit chemoreceptor, bazându-se doar pe informații privind secvența proteică. Dacă are succes, această abordare ar putea fi extinsă la numărul tot mai mare de nematode înrudite cu secvențe genomice. Cum se modifică senzația de ascaroside în legătură cu eliberarea feromonilor la diferite specii? În ce măsură speciile simt ascarozidele care sunt produse de alte specii?
c.
Obiectivul 3: Caracterizarea neuronilor senzoriali utilizați pentru procesarea semnalelor de ascarozide
Identitatea GPCR-urilor candidate de legare a ascarozidelor ar putea fi utilizată pentru a determina ce neuroni le exprimă, oferind o hartă detaliată a porțiunii senzoriale a sistemului nervos dedicată procesării semnalelor de feromoni. Împreună cu o hartă la fel de detaliată (cu rezoluția unui singur neuron) a expresiei proteinei Gα și cu experimente de identificare a contactelor fizice între GPCR-uri și proteinele Gα, ar ajuta la testarea ipotezelor privind mecanismele moleculare care dau naștere specificității și separării semnalelor care caracterizează detectarea ascarozidelor de către sistemul nervos.
.