Команда Пенна обнаружила эпигенетический путь, контролирующий социальное поведение муравьев-плотников

Команда Пенна обнаружила эпигенетический путь, контролирующий социальное поведение муравьев-плотников

В раннем взрослом возрасте знакомство с новым опытом – например, обучение вождению автомобиля или запоминание информации для экзамена – вызывает изменения в человеческом мозге, перепрограммируя нейронные пути, чтобы запечатлеть воспоминания и изменить поведение. Подобно людям, поведение муравьев-плотников из Флориды не высечено на камне – их роль, будь то защита колонии или добыча пищи, определяется сигналами из физической и социальной среды в начале их жизни. Но остаются вопросы о том, как долго они уязвимы для эпигенетических изменений и какие пути определяют социальное поведение муравьев.

Теперь группа исследователей из Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете обнаружила, что белок под названием CoRest, нейронный репрессор, который также встречается у людей, играет центральную роль в определении социального поведения муравьев. Результаты, опубликованные сегодня в Molecular Cell , также показали, что рабочие муравьи, называемые майорами, известные как «мускулистые» солдаты, защищающие колонии, могут быть перепрограммированы для выполнения функции сбора пищи, обычно отводимой их сестрам, Малым муравьям, на срок до пяти дней. после того, как они появляются как взрослые муравьи. Однако перепрограммирование неэффективно на 10-дневной отметке, показывая, насколько узко окно эпигенетической пластичности у муравьев.

«То, как поведение устанавливается у людей, очень увлекательно – мы знаем, что оно довольно пластично, особенно в детстве и раннем подростковом возрасте – однако, конечно, мы не можем изучать или изменять это экспериментально», – сказала старший автор исследования Шелли Бергер, доктор философии , Дэниел С. Профессор Очного университета кафедры клеточной биологии и биологии развития и директор Института эпигенетики Пенна. «Муравьи с их сложным обществом и поведением, а также схожей пластичностью представляют собой прекрасную лабораторную модель для понимания основных механизмов и путей.

Полученные данные дополняют обширную работу, проводимую Бергером и его коллегами за последние 12 лет, по изучению социального поведения муравьев и роли, которую эпигенетика играет в определении этого поведения. Муравьи представляют собой идеальные модели для изучения социального поведения, потому что каждая колония состоит из тысяч особей – царицы, которая осуществляет всю кладку яиц, и всех ее родственников-потомков – с почти идентичным генетическим составом, очень похожим на человеческих близнецов. . Однако сестры-работницы обладают определенными физическими чертами и поведением, основанными на касте. Например, у крупных рабочих большие головы и мощные челюсти, которые помогают защитить их колонии, в то время как второстепенные рабочие намного меньше и берут на себя ответственность за поиск пищи и уход за выводком (развитие «детенышей» муравьев).

В предыдущем разоблачительном исследовании, опубликованном в журнале Science в 2015 году , исследователи из лаборатории Бергера показали, что можно перепрограммировать или напрямую изменить кастовое поведение у крупных рабочих, введя им одну дозу химического вещества, изменяющего гистоны. Хотя размер муравьев не изменился, изменилась их личность – основные рабочие покинули колонию и начали добывать пищу. Хотя результаты предполагали эпигенетически закодированную поведенческую податливость муравьев, было неясно, как долго «эпигенетическое окно уязвимости» оставалось открытым и какие пути фактически определяли поведенческие различия между кастами муравьев.

В этом исследовании исследователи вводили то же химическое вещество, изменяющее гистоны, ингибитор гистондеацетилазы, называемое трихостатином А (TSA), в мозг муравьев в определенные моменты в раннем взрослом возрасте: через нулевой, пять и 10 дней после их появления. Они обнаружили, что многие гены, которые обычно включаются только у второстепенных рабочих, также включаются у перепрограммированных основных рабочих, и эти изменения сохраняются и после короткого периода полураспада препарата. Удивительно, но ни поведенческое перепрограммирование, ни сходство экспрессии генов не наблюдалось у основных рабочих, которым вводили инъекции после 5-дневного возраста.

Ссылка на основную публикацию