In molti animali, comprese le formiche, la barriera emato-encefalica (BBB) garantisce la normale funzione cerebrale controllando il movimento di varie sostanze dentro e fuori il cervello. Ora, i ricercatori riferiscono sulla rivista Cellula il 7 settembre hanno fatto l’inaspettata scoperta che la BBB nelle formiche carpentiere svolge un ruolo attivo nel controllo del comportamento essenziale per il funzionamento di intere colonie di formiche. La chiave è la produzione nella BBB di un particolare enzima che degrada gli ormoni.
“In queste formiche, la BBB produce una versione speciale dell’enzima esterasi dell’ormone giovanile (Jhe), che degrada l’ormone giovanile (JH3)”, afferma Karl Glastad, co-autore principale insieme a Linyang Ju, entrambi nel laboratorio di ricerca senior. l’autore Shelley Berger alla Perelman School of Medicine dell’Università della Pennsylvania a Filadelfia.
“In genere, gli enzimi Jhe vengono secreti nell’emolinfa (sangue di insetto); tuttavia la copia prodotta dalla formica BBB viene trattenuta nelle cellule della BBB dove controlla la quantità di ormone JH3 che entra nel cervello della formica operaia”, dice Ju. .
L’ormone JH3 è noto per promuovere il foraggiamento tra gli operatori sociali degli insetti. Diversi tipi di formiche operaie all’interno della stessa colonia svolgono “lavori” molto diversi. Le nuove scoperte mostrano che ciò deriva, in parte, da diversi livelli dell’enzima di degradazione JH3 nella loro BBB, che porta a diversi livelli dell’ormone JH3 nel cervello.
La scoperta sottolinea come una singola proteina espressa nel posto giusto al momento giusto possa avere effetti importanti sui comportamenti individuali alla base delle società complesse, affermano i ricercatori. E non si tratta solo di formiche; i ricercatori hanno già prove che meccanismi simili potrebbero svolgere un ruolo anche nel comportamento dei topi.
I ricercatori hanno fatto la scoperta dopo aver applicato il sequenziamento dell’RNA di un’unica cellula per comprendere le differenze nell’attività genetica tra le cellule del cervello in due caste comportamentali di formiche: raccoglitrici e soldati. La loro analisi ha rivelato che il gene che codifica per Jhe, l’enzima degradante dell’ormone JH3, è stato trovato solo nelle cellule BBB. Ha anche mostrato differenze sorprendenti tra le cellule BBB dei raccoglitori e dei soldati. Volevano sapere di più su cosa significasse il comportamento delle formiche.
I loro studi mostrano che la manipolazione intenzionale del livello dell’enzima degradante Jhe riprogramma il cervello e comportamenti complessi che differiscono tra le caste delle formiche, trasformando la casta dei soldati in un comportamento di foraggiamento. Hanno continuato a presentarsi Drosophila moscerini della frutta che l’enzima si trova naturalmente all’esterno delle cellule. Quando hanno fatto esprimere alla mosca BBB la versione formica dell’enzima Jhe, hanno visto cambiamenti comportamentali simili a quelli osservati nelle formiche.
“Differenze nell’espressione di questo singolo enzima [Jhe] tra i BBB di diverse caste controllano la decisione estremamente importante di procurarsi il cibo o di rimanere all’interno del nido per difendersi come soldati e possono persino riprogrammare le mosche per cambiare il comportamento di ricerca del cibo”, ha detto Glastad.
Per vedere se meccanismi simili si applicano ad altri animali, i ricercatori hanno anche analizzato i dati pubblicati da un gruppo di cellule endoteliali di topo, comprese quelle del topo BBB. Hanno scoperto che le cellule BBB del topo esprimevano anche diversi enzimi che degradano gli ormoni a livelli più elevati rispetto a qualsiasi altro tipo di cellula endoteliale. In particolare, questi includono enzimi che degradano l’ormone testosterone.
“Ciò suggerisce che controllare l’ingresso dell’ormone nel cervello da parte della BBB è una funzione che si estende ben oltre le formiche e che controllare un ormone in modo differenziale tra condizioni comportamentali come osservato nelle formiche può esistere in altri organismi, compresi i mammiferi”, dice Berger. Negli studi futuri, i ricercatori affermano di voler saperne di più sull’origine e sulla prevalenza di questo meccanismo e se si tratta di una strategia convergente per controllare il comportamento al di fuori delle formiche.
Questo lavoro è stato sostenuto dal NIH e dalla NSF.
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