Même si l’odorat joue un rôle considérable dans les interactions sociales des humains (par exemple, en signalant la peur ou en générant de la proximité), pour les fourmis, il est d’une importance vitale. Des chercheurs de l’Université de New York et de l’Université de Floride ont découvert qu’une protéine clé appelée Orco, essentielle au fonctionnement des cellules olfactives, est également essentielle à la survie des cellules des fourmis.
Leur étude a montré que la mutation du gène orco chez les fourmis sauteuses Harpegnathos saltator diminuait considérablement le nombre de neurones olfactifs, ce qui suggère qu’Orco est nécessaire au développement et à la vie de ces cellules. Les résultats, publié dans Avancées scientifiquesoffrent un aperçu des bases cellulaires et moléculaires de la façon dont les animaux se socialisent.
« Comprendre comment le système nerveux se développe constitue l’un des défis les plus urgents des neurosciences modernes », a déclaré Bogdan Sieriebriennikov, chercheur postdoctoral au département de biologie de NYU et premier auteur de l’étude.
Fourmis interagissant dans un environnement de laboratoire. Les cercles rouges montrent des exemples de fourmis utilisant leurs antennes pour sentir et interagir avec les autres. Crédits : Ching-Han Lee, George Liu, Bogdan Sieriebriennikov
Détecter l’odeur et les fourmis mutantes
Les fourmis ont développé environ 400 récepteurs olfactifs – un nombre plus proche des humains que la plupart des autres insectes – grâce à leur utilisation de la communication par phéromones.
« Les fourmis, comme les humains, sont très sociales et affichent un comportement social coopératif, et constituent ainsi un système idéal pour étudier le comportement social à médiation sensorielle », a expliqué Hua Yan, professeur adjoint de biologie à l’Université de Floride et auteur principal de l’étude.
« Les gènes étendus des récepteurs odorants permettent aux fourmis de « parler » entre elles dans une grande société comptant des centaines, des milliers, voire jusqu’à un million d’individus. »
Même pour les humains, qui comptent sur d’autres sens pour communiquer, l’odorat est essentiel.
« La perte de fonction des neurones récepteurs des odeurs entraîne des déficits de détection olfactive et est souvent associée à l’isolement social, à des troubles neurologiques tels que la schizophrénie et à des troubles sociaux tels que l’autisme », a ajouté Yan.
Pour mieux comprendre comment l’odorat des fourmis influence leurs interactions sociales, des chercheurs de NYU ont précédemment créé les premières fourmis génétiquement modifiées en utilisant CRISPR pour modifier le gène orco. Ces fourmis « mutantes », dépourvues de la protéine Orco, ont subi des modifications de leurs organes olfactifs et ont eu des difficultés à interagir.
« Nous avons constaté que les antennes, qui sont le « nez » de la fourmi, comportaient très peu de cellules. Elles étaient presque vides, ce qui suggère que les cellules qui détectent l’odorat étaient absentes chez les fourmis mutantes », a déclaré Yan.
La survie des neurones dépend d’Orco
Dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé le profilage de l’expression génique mononucléaire des antennes de fourmis et la microscopie à fluorescence pour analyser le développement des cellules olfactives. Il est apparu que les insectes mutants dépourvus d’Orco perdent la plupart de leurs neurones olfactifs avant l’âge adulte.
« Les cellules semblent être fabriquées normalement et elles commencent à se développer : elles grandissent, changent de forme et activent certains gènes dont elles auront besoin plus tard, comme les récepteurs odorants », a noté Sieriebriennikov. « Une fois que les cellules en développement activent les récepteurs odorants, elles commencent très vite à mourir en quantités massives. »
Cette mort neuronale peut être due au stress. Comme les récepteurs odorants des fourmis mutantes ne peuvent pas former de complexe avec Orco pour voyager jusqu’à la membrane cellulaire, les récepteurs nouvellement créés obstruent les organites, entraînant du stress et la mort.
Une telle mort neuronale peut également montrer des schémas particuliers aux insectes sociaux. « Jusqu’à présent, ces processus uniques n’ont pas été découverts chez les insectes solitaires et pourraient fournir des preuves importantes de l’évolution du développement neuronal pour s’adapter à l’expansion des gènes des récepteurs odorants », a déclaré Kayli Sieber, doctorante à l’Université de Floride et co-chercheuse. -premier auteur de l’étude.
Il est intéressant de noter que certains récepteurs odorants ont survécu même sans Orco. Les cellules dans lesquelles ils étaient présents exprimaient également d’autres types de récepteurs, ce qui suggère que l’activité qu’ils facilitent est essentielle au développement neuronal.
« Certains neurones doivent périodiquement ‘s’allumer’ pour se développer correctement. Sans Orco, les cellules odorantes ne se ‘s’allumer’ et ne pas terminer leur développement, conduisant à leur mort », a déclaré Sieriebriennikov.
Les chercheurs ont également découvert que certains récepteurs odorants sont présents dans les cellules non odorantes, telles que les neurones mécanosensoriels qui détectent le mouvement et les cellules gliales, qui entourent les neurones et les aident à fonctionner. Cela peut être dû à une régulation imparfaite des gènes, qui provoque l’activation accidentelle des récepteurs odorants par des régions génomiques voisines qui régulent normalement d’autres gènes dans d’autres cellules.
Alternativement, les récepteurs peuvent avoir une nouvelle fonction dans ces cellules, comme les récepteurs odorants trouvés dans la glie des vers C. elegans ou dans le sperme humain.
« Activer les gènes des récepteurs odorants dans les cellules qui ne détectent pas les odeurs pourrait être totalement inutile pour l’organisme – mais là encore, l’évolution a tendance à utiliser de telles erreurs pour donner une nouvelle fonction aux gènes existants, alors peut-être qu’il y a un nouveau rôle passionnant. des récepteurs odorants dans les cellules non odorantes que nous découvrirons à l’avenir », a noté Sieriebriennikov.
« Nos résultats améliorent notre compréhension des systèmes sensoriels des insectes sociaux, y compris le développement neuronal olfactif qui établit un cadre pour la communication sociale », a déclaré Yan.
Les autres auteurs de l’étude sont Olena Kolumba, Jakub Mlejnek et Shadi Jafari.
Plus d’information:
Bogdan Sieriebriennikov et al, Survie orco-dépendante des neurones récepteurs odorants chez les fourmis, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adk9000. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk9000