Trots de många framsteg som lyfts fram ovan är vår förståelse av feromon-signalering hos C. elegans begränsad, särskilt i samband med naturliga livsmiljöer och viktiga ekologiska interaktioner. Vi avslutar denna översikt med att identifiera två breda kategorier av problem som forskare inom området för närvarande står inför och föreslår hur systembiologer kan bidra till detta arbete:
I.
Produktion och uthållighet av ascarosidferomoner i naturliga livsmiljöer – Hur kommunicerar feromoner information om en individs erfarenhet? Hur möter individer feromoner i naturliga miljöer?
a.
Mål 1: Avslöja den rumsliga fördelningen av feromoner
Det är oklart i vilken utsträckning djur avger feromoner konstitutivt eller situationsbundet. Det är också okänt om enskilda molekyler i feromonblandningar frigörs oberoende av varandra eller i samordnade pulser. Att lösa dessa frågor är nödvändigt för att förstå hur C. elegans upplever feromonsignaler. Ascarosider förväntas sprida sig lätt i de miljöer där nematoder lever. Detta väcker en fråga om hur djuren skiljer mellan signaler som produceras av olika avsändare – gradienter som utgår från en källa eller som diskreta ”paket” av flera ascarosider. Mass Spectrometry Imaging är en teknik som potentiellt kan användas för att karakterisera den rumsliga fördelningen av föreningar som ascarosidferomoner.
b.
Mål 2: Bestämma hur feromonfördelningen förändras över tiden
Det är till stor del oklart vad som händer med ascarosidferomoner efter att de har släppts ut i miljön och om de är föremål för modifiering eller nedbrytning eller inte. Olika kemiska enheter och fettsyrekedjor tyder på att nedbrytnings- och spridningshastigheterna för olika ascarosider kan vara olika. Experimentella mätningar av dessa hastigheter skulle kunna bidra till att fastställa hur djur skiljer mellan olika feromonkällor och om mottagare skulle kunna uppskatta när avsändaren släppte signalen baserat på differentiell nedbrytning eller modifiering av olika ascarosidkomponenter.
c.
Mål 3: Karaktärisera feromoner i naturliga prover
Kritiskt är att de feromoner som hittills identifierats har påvisats i laboratoriemiljö. Det är möjligt att olika ascarosider frigörs i naturliga livsmiljöer, som svar på andra nematodarter, patogener eller diet. Dessutom är de ascarosider från icke-eleganska källor som finns i C. elegans naturliga livsmiljöer fortfarande dåligt karakteriserade. Metabolomik kan användas för att kartlägga de feromoner som finns i miljöprover som innehåller C. elegans.
II.
Perception av feromoner av mottagarnas neurala kretsar – Hur dechiffreras de meddelanden som sändaren förmedlar av mottagaren? Skulle maskarna kunna skilja mellan de ärliga meddelanden som släpps ut av den egna arten och meddelanden som släpps ut av andra arter och fuskare?
a.
Mål 1: Experimentellt koppla ihop C. elegans kemoreceptorer med ascarosidligander
C. elegans avsätter troligen dussintals, om inte hundratals, kemoreceptorgener för att känna av ascarosider, men korrespondensen mellan ligander och receptorer är fortfarande till stor del okänd. I Drosophila och hos människor har storskaliga heterologa tester använts för att koppla ett stort antal receptorer till specifika luktämnen. I C. elegans har heterologa metoder med låg genomströmning använts för att identifiera feromonreceptorer, men dessa experiment skulle kunna utvidgas till att omfatta hela genomet. Lovande kandidater från heterologa försök skulle lätt kunna testas in vivo med hjälp av CRISPR.
b.
Mål 2: In silico förutsäga ascarosid/chemoreceptorpar
Parallellt kan liganddockning och molekylär dynamik användas för att förutsäga de ascarosidferomoner som är bundna till en viss kemoreceptor, och då enbart förlita sig på information om proteinsekvenser. Om detta tillvägagångssätt lyckas kan det utvidgas till det växande antalet besläktade nematoder med genomsekvenser. Hur förändras ascarosidkänslan i samband med frisättning av feromoner hos olika arter? I vilken utsträckning känner arter av ascarosider som produceras av andra arter?
c.
Mål 3: Karaktärisera sensoriska neuroner som används för att bearbeta ascarosidsignaler
Identiteten hos kandidat GPCR:er som binder ascarosider skulle kunna användas för att fastställa vilka neuroner som uttrycker dem, vilket skulle ge en detaljerad kartläggning av den sensoriska delen av nervsystemet som är avsedd för att bearbeta feromonsignaler. Tillsammans med en lika detaljerad karta (med upplösning på ett enda neuron) över uttrycket av Gα-proteiner och experiment för att identifiera fysiska kontakter mellan GPCR:er och Gα-proteiner, skulle detta bidra till att testa hypoteserna om de molekylära mekanismer som ger upphov till den specificitet och signalseparation som kännetecknar ascarosiddetektering i nervsystemet.