Articolo di ricerca correlato Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. Starvation promuove la modulazione concertata del comportamento olfattivo appetitivo attraverso circuiti neuromodulatori paralleli. eLife4: e08298. doi: 10.7554 / eLife.08298
Image Hunger cambia il modo in cui il sistema olfattivo delle mosche elabora gli odori alimentari
Un’espressione comune vorrebbe farci credere che “puoi catturare più mosche con il miele che con l’aceto”. Ma questo non è vero nel caso del moscerino della frutta Drosophila melanogaster (xkcd, 2007). L’adulto vola in cerca di microbi sui frutti troppo maturi, facendo affidamento sul loro senso dell’olfatto per rilevare l’acido acetico (la sostanza chimica che conferisce all’aceto il suo aroma pungente) che si accumula mentre il frutto fermenta. Tuttavia, le mosche tendono a ignorare o addirittura evitare sia bassi livelli di aceto (che suggeriscono che il frutto non è abbastanza maturo) sia alti livelli di aceto (che suggeriscono che il frutto potrebbe essere marcio).
Ora, in eLife, Jing Wang e colleghi dell’Università della California, San Diego, incluso Kang Ko come primo autore, rivelano elegantemente ciò che accade nei cervelli delle mosche che consente loro di perseguire una gamma più ampia di concentrazioni di odore di aceto quando hanno fame (Ko et al., 2015) I loro dati mostrano anche che la fame ha un’influenza più sfumata sull’elaborazione precoce delle informazioni olfattive rispetto a quanto previsto in precedenza: la fame non si limita a regolare la sensibilità delle mosche agli odori del cibo. Invece, innesca risposte specifiche (sia eccitatorie che inibitorie) che incoraggiano le mosche a nutrirsi di fonti di cibo non ottimali. In tal modo, Ko et al. possibilmente fornire ulteriori prove a sostegno dell’idea che non è saggio fare la spesa a stomaco vuoto, per timore che i segnali di fame possano compromettere la tua capacità di distinguere il cibo buono da quello cattivo.
Ko et al. ” è il culmine di una serie di studi che hanno affrontato il modo in cui la drosofila elabora le informazioni su questo importante odore alimentare. cervello chiamato glomeruli. I neuroni olfattivi che rilevano la stessa sostanza chimica si collegano tutti allo stesso glomerulo. A seconda della concentrazione, l’odore di aceto attiva da 6 a 8 dei circa 40 glomeruli nel cervello del moscerino della frutta. Tuttavia, uno studio precedente del Wang gruppo ha rivelato che l’attività di un singolo glomerulo olfattivo, indicato come DM1, potrebbe spiegare la maggior parte dell’attrazione di una mosca per l’aceto (Semmelhack e Wang, 2009). La disattivazione dei recettori che si collegano a DM1 ha fatto sì che le mosche ignorassero l’odore dell’aceto. D’altra parte, ripristinare solo l’attività dei neuroni DM1 in mosche altrimenti “anosmiche” (cioè, mosche che hanno perso quasi tutto l’olfatto) era sufficiente per renderli nuovamente attratti dall’aceto.
Superiore concentrazioni di aceto reclutano solo un glomerulo in più, chiamato DM5, e l’attività di DM5 da sola può spiegare perché le mosche evitano l’aceto se l’odore è troppo forte (Semmelhack e Wang, 2009). Quindi, l’interazione competitiva tra DM1 e DM5 (che vengono attivati a diverse concentrazioni di odore di aceto) può in ultima analisi determinare se la mosca decide di avvicinarsi a una potenziale fonte di cibo o di starne alla larga.
La fame ha un profondo impatto su comportamento animale e le mosche affamate trovano una piccola goccia di cibo intriso di aceto molto più rapidamente delle mosche che sono state nutrite (Root et al., 2011). L’ormone insulina media indirettamente questo effetto. La fame fa precipitare i livelli di insulina, innescando una catena di eventi che alla fine fa sì che i neuroni olfattivi DM1 aumentino l’espressione di una specifica proteina recettoriale. Questo recettore rileva una molecola di segnalazione chiamata “neuropeptide corto F”. Dopo essersi legato al recettore, questo neuropeptide amplifica efficacemente o aumenta il “guadagno” dell’attività DM1. Poiché i neuroni DM1 controllano l’attrazione di un moscerino della frutta per l’aceto, questa scoperta sembra spiegare elegantemente come la segnalazione dell’insulina possa indurre le mosche affamate a cercare più ampiamente il cibo.
Ora trapela che questa non è l’intera storia . Estendendo la gamma di concentrazioni di odori testate, Ko et al. Ora scoprono che questo meccanismo spiega solo come le mosche affamate aumentano la loro attrazione per concentrazioni di odore di aceto basse. A concentrazioni più elevate, le mosche affamate continuano a inseguire cibo a base di aceto in modo più robusto rispetto ai controlli nutriti, anche quando il segnale mediato dal neuropeptide F corto è ridotto (Ko et al., 2015). Un neuropeptide aggiuntivo potrebbe spiegare questa differenza? Per cercare questo segnale di fame mancante, Ko et al. hanno esaminato altre proteine recettoriali, cercando quelle che erano aumentate nei neuroni sensoriali a causa della fame.Il recettore della tachichinina (chiamato in breve DTKR) è emerso come un forte candidato, soprattutto perché era noto che può sintonizzare le risposte dei neuroni olfattivi della mosca (Ignell et al., 2009).
Il resto della storia di Ko et al. Segue magnificamente un copione logico: abbattere i livelli di DTKR ha effettivamente ridotto il comportamento di ricerca di cibo nelle mosche affamate esposte a concentrazioni di odore di aceto alte, ma non basse. Allo stesso modo, il DM5 (il glomerulo responsabile dell’evitamento di alti livelli di aceto) era meno attivo nelle mosche affamate, ma la sua attività poteva essere ricondotta a quella di una mosca nutrita quando DTKR veniva abbattuto. Infine, Ko et al. ha identificato l’insulina come il probabile segnale che agisce a monte del DTKR nelle mosche affamate.
Presi insieme, i dati suggeriscono un modello in cui la diminuzione dei livelli di insulina nelle mosche affamate innesca due sistemi di segnalazione neuropeptidici complementari che coinvolgono il neuropeptide corto F e la tachichinina . Uno aiuta la trasmissione dei segnali al glomerulo DM1, che rende le mosche più sensibili agli odori attraenti del cibo. Parallelamente, l’altro abbassa la trasmissione a DM5, il che rende meno probabile che le mosche evitino odori normalmente sgradevoli o avversi. Insieme, questi sistemi consentono alle mosche di perseguire fonti di cibo non ottimali in tempi di carenza (Figura 1).
L’aceto (o acido acetico) è il prodotto finale del processo di fermentazione nella frutta, motivo per cui i moscerini della frutta sono attratti dall’odore dell’aceto. Tuttavia, sia la bassa che l’alta concentrazione di odore di aceto lasciano le mosche indifferenti (a sinistra). Questo perché basse concentrazioni indicano che il frutto è appena maturo (banana verde), mentre alte concentrazioni indicano che è marcio (banana marrone). Le mosche affamate si comportano in modo diverso perché i bassi livelli di insulina causati dalla fame innescano due distinti sistemi di segnalazione dei neuropeptidi che rimodellano le loro risposte olfattive (a destra). Nelle mosche affamate, il recettore per il neuropeptide corto F (chiamato sNPFR) è sovraregolato in un sottoinsieme di neuroni olfattivi. Questo aiuta la trasmissione di segnali all’interno del glomerulo DM1, che aumenta la sensibilità a basse concentrazioni di odori alimentari attraenti. In parallelo, un elevato segnale di tachichinina (attraverso il recettore DTKR) inibisce la trasmissione di segnali all’interno del glomerulo DM5. Ciò riduce l’evitamento di odori normalmente sgradevoli (come alte concentrazioni di aceto). Insieme, questi effetti consentono il perseguimento di fonti alimentari non ottimali (rappresentate dalle frecce verdi che puntano verso le banane appena mature e marce). DM1 e DM5 sono glomeruli specifici che si trovano nel lobo dell’antenna (AL) del cervello della mosca e la loro intensità di colore rappresenta la forza della loro attivazione nelle mosche nutrite e affamate.
Questo studio dimostra in modo efficace i punti di forza del modello della mosca come piattaforma per studiare il modo in cui il cervello calcola gli stimoli sensoriali. Da intelligenti saggi comportamentali, a sofisticate manipolazioni genetiche e imaging dell’attività cerebrale, il lavoro descrive come un importante segnale sensoriale viene gestito in modi diversi a seconda dello stato interno dell’animale (cioè, affamato o meno). Poiché ciò che è vero per la mosca è spesso, almeno a grandi linee, vero per l’uomo, l’area di ricerca è ora matura per contribuire ai principi dell’elaborazione sensoriale che possono essere applicabili a molte, se non a tutte, specie animali.
