Kapcsolódó kutatási cikk Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. Az éhezés párhuzamos neuromodulációs áramkörökön keresztül elősegíti az étvágygerjesztő szaglási viselkedés összehangolt modulálását. eLife4: e08298. doi: 10.7554 / eLife.08298
Az Image Hunger megváltoztatja, hogy a légyszagló rendszer hogyan dolgozza fel az ételszagokat
Egy általános kifejezés azt hinné tőlünk, hogy „több legyet lehet fogni mézzel, mint ecettel”. De ez nem igaz a Drosophila melanogaster gyümölcslégy esetében (xkcd, 2007). A felnőtt legyek túlérett gyümölcsön keresik a mikrobákat, szaglásukra támaszkodva észlelik a gyümölcs erjedésekor felhalmozódó ecetsavat (az ecetnek csípős illatát adó vegyszert). A legyek azonban hajlamosak figyelmen kívül hagyni vagy akár elkerülni az alacsony ecetszintet (ami arra utal, hogy a gyümölcs nem elég érett) és a magas ecetszintet (ami arra utal, hogy a gyümölcs korhadt lehet).
Most, az eLife-ben Jing Wang és munkatársai a Kaliforniai Egyetemen, San Diegóban – beleértve Kang Ko-t első szerzőként – elegánsan elárulják, hogy mi történik a legyek “agyában, ami lehetővé teszi számukra, hogy éhesek az ecetsag-koncentrációk szélesebb körét folytassák (Ko et al., 2015). Adataik azt is mutatják, hogy az éhezés árnyaltabban befolyásolja a szaglási információk korai feldolgozását, mint azt korábban várták: az éhség nem csak a legyek érzékenységét állítja be az ételszagokra. Ehelyett specifikus reakciókat vált ki (mind gerjesztő, mind gátló hatásokat), amelyek arra ösztönzik a legyeket, hogy az optimálisnál alacsonyabb táplálékforrásokkal táplálkozjanak. Ennek során Ko és mtsai. esetleg további bizonyítékokkal támasztja alá azt a felfogást, miszerint nem bölcs dolog éhgyomorra bevásárolni, mert az éhségjelek ronthatják a képességét, hogy megkülönböztesse a jó ételeket a rosszaktól.
Ko és munkatársai munkája egy olyan tanulmánysorozat csúcspontja, amely azzal foglalkozott, hogy Drosophila hogyan dolgozza fel az információkat erről a fontos ételszagról. A gyümölcslegyekben, hasonlóan az emberekhez és más gerincesekhez, a szagló neuronok, amelyek specifikus illékony vegyi anyagokat észlelnek, a szinapszisok különálló csoportjaihoz vezetnek. agy, úgynevezett glomerulusok. Az ugyanazt a kémiai anyagot detektáló szagló idegsejtek ugyanahhoz a glomerulushoz kapcsolódnak. A koncentrációtól függően az ecetszag a gyümölcslégy agyban található körülbelül 40 glomerulusból 6–8-at aktivál. Azonban a Wang korábbi tanulmánya csoport felfedte, hogy egyetlen szagló glomerulus aktivitása, amelyet DM1-nek neveznek, megmagyarázhatja a légy ecet iránti vonzódását (Semmelhack és Wang, 2009). A DM1-hez csatlakozó receptorok kikapcsolása a legyek figyelmen kívül hagyta az ecet szagát. Másrészt csak a DM1 neuronok aktivitásának helyreállítása az egyébként „anosmikus” legyeknél (vagyis a szinte minden szaglásukat vesztett legyeknél) elég volt ahhoz, hogy ismét vonzza őket az ecethez.
Magasabb Az ecet koncentrációja csak egy extra glomerulust toboroz, az úgynevezett DM5-et, és a DM5 aktivitása önmagában megmagyarázhatja, miért kerülik a legyek az ecetet, ha a szaga túl erős (Semmelhack és Wang, 2009). Ennélfogva a DM1 és a DM5 (amelyek különböző ecetszag-koncentrációkon aktiválódnak) közötti versenyképes kölcsönhatás végső soron meghatározhatja, hogy a légy úgy dönt-e, hogy megközelít egy potenciális táplálékforrást, vagy távol marad.
Az éhségnek mély hatása van az állatok viselkedése, és az éhes legyek sokkal gyorsabban találnak egy kis csepp ecettel fűtött ételt, mint az etetett legyek (Root et al., 2011). Az inzulin hormon közvetett módon közvetíti ezt a hatást. Az éhezés az inzulinszint zuhanását idézi elő, és egy eseményláncot indít el, amely végül a DM1 szagló idegsejtjeinek hatására fokozódik egy adott receptor fehérje expressziója. Ez a receptor egy „rövid neuropeptid F” nevű jelzőmolekulát detektál. A receptorhoz kötődve ez a neuropeptid hatékonyan felerősíti vagy megnöveli a DM1-aktivitás „erősítését”. Mivel a DM1 idegsejtek szabályozzák a gyümölcslégy ecet iránti vonzódását, ez a megállapítás elegánsan megmagyarázni látszott, hogy az inzulinszignálozás arra késztetheti az éhes legyeket, hogy szélesebb körben keressék az ételeket.
Most kiderül, hogy nem ez a teljes történet A tesztelt szagkoncentrációk tartományának kiterjesztésével Ko és munkatársai most azt találják, hogy ez a mechanizmus csak azt magyarázza meg, hogy az éhes legyek hogyan fokozzák vonzerejüket az alacsony ecetszag-koncentrációk iránt. Magasabb koncentrációk esetén az éhezett legyek még mindig erősebben űzik az ecetes ételeket, mint az etetett kontrollok, még amikor az F rövid neuropeptid által közvetített jelátvitel csökken (Ko és mtsai., 2015). Lehet-e további neuropeptidekkel számolni ezzel a különbséggel? Ennek a hiányzó éhségjelnek a felkutatásához Ko és mtsai felmértek más receptor fehérjéket, keresve azokat, amelyek megnövekedtek. szenzoros neuronokban az éhezés következtében.A Tachykinin receptor (röviden DTKR néven) erős jelöltként jelent meg, főleg azért, mert tudták, hogy képes a légy szagló neuronjainak reakcióit hangolni (Ignell és mtsai, 2009).
Ko és társai további története gyönyörűen követi a logikai forgatókönyvet: a DTKR szintjének leütése valóban csökkentette az étkezési magatartást éhes legyeknél, amelyek magas, de nem alacsony ecetszag-koncentrációnak voltak kitéve. Hasonlóképpen, a DM5 (a glomerulus, amely a magas ecetmennyiségek elkerüléséért felelős) kevésbé volt aktív éhező legyeknél, de aktivitása visszahozható az etetett légy aktivitásához, amikor a DTKR leütésre került. Végül Ko és mtsai. Az inzulint az éhező legyeknél a DTKR irányába ható valószínű szignálként azonosította. . Az egyik segíti a jelek továbbítását a DM1 glomeruluson, ami a legyeket érzékenyebbé teszi a vonzó ételszagokra. Ezzel párhuzamosan a másik a DM5-nél visszautasítja az átvitelt, ami miatt a legyek kevésbé hajlamosak elkerülni a normálisan kellemetlen vagy idegenkedő szagokat. Ezek a rendszerek együttesen lehetővé teszik a legyek számára, hogy az optimálisnál kevesebb táplálékforrást keressenek hiány esetén (1. ábra).
Az ecet (vagy ecetsav) a gyümölcs erjedési folyamatának végső terméke, ezért vonzza a gyümölcslegyeket az ecetsag. Az ecetszag alacsony és magas koncentrációja azonban közömbösen hagyja a legyeket (balra). Az alacsony koncentrációk ugyanis azt jelzik, hogy a gyümölcs éppen megérett (zöld banán), míg a magas koncentráció azt jelenti, hogy korhadt (barna banán). Az éhes legyek másképp viselkednek, mert az éhezés okozta alacsony inzulinszint két különálló neuropeptid jelzőrendszert vált ki, amelyek átformálják a szaglási reakcióikat (jobbra). Éhes legyeknél a rövid neuropeptid F (az úgynevezett sNPFR) receptorát a szagló idegsejtek egy részében szabályozzák. Ez elősegíti a jelek továbbítását a DM1 glomeruluson belül, ami növeli az érzékenységet a vonzó ételszagok alacsony koncentrációira. Ezzel párhuzamosan az emelkedett tachykinin jelátvitel (a DTKR receptoron keresztül) gátolja a jelek továbbítását a DM5 glomeruluson belül. Ez csökkenti a normálisan kellemetlen szagok (például a nagy ecetkoncentráció) elkerülését. Ezek a hatások együttesen lehetővé teszik az optimálisnál alacsonyabb táplálékforrások keresését (az éppen érett és korhadt banán felé mutató zöld nyilak mutatják). A DM1 és a DM5 specifikus glomerulusok találhatók a légy agyának antennabélében (AL), színintenzitásuk pedig a táplált és éhes legyek aktivációjának erősségét jelzi.
Ez a tanulmány erőteljesen bemutatja a légymodell erősségeit, mint platformot annak tanulmányozására, hogy az agy hogyan számítja ki az érzékszervi ingereket. Az okos viselkedési tesztektől kezdve a kifinomult genetikai manipulációkig és az agyi aktivitás képalkotásáig a munka leírja, hogy egy fontos érzékszervi jelet az állat belső állapotától függően (azaz éhes vagy nem) különböző módon kezelnek. Mivel ami a légyre igaz, az gyakran – legalábbis vázlatosan – igaz az emberre, a kutatási terület már megérett az érzékszervi feldolgozás alapelveinek támogatására, amelyek sok, ha nem az összes állatfajra alkalmazhatók.
