Un solo factor de transcripción convierte a las hormigas en reinas
ARRIBA: Una obrera saltadora de Harpegnathos cuida una cría compuesta de huevos y diferentes etapas de larvas. Karl Glastad, Berger Lab
Las hormigas saltadoras indias (Harpegnathos saltator) son inusuales porque las hormigas obreras pueden, en ausencia de una reina, cambiar a un estado similar a una reina para reproducirse y mantener la colonia en marcha. En un estudio publicado el 4 de noviembre en Cell, los investigadores encontraron que el cambio de obrera a reina es facilitado por la respuesta del factor de transcripción Krppel homólogo 1 (Kr-h1) a las hormonas que están presentes en diferentes niveles en hormigas reinas y obreras.
Como campo, estaban muy interesados en comprender la evolución de la sociabilidad, dice Tali Reiner Brodetzki, quien estudia el comportamiento social de las hormigas en la Universidad Rutgers de Camden en Nueva Jersey y no participó en el trabajo. . La mayoría de los insectos sociales no pueden cambiar su casta, agrega, pero estudiar esta plasticidad podría arrojar información sobre cómo funcionan otros tipos de plasticidad.
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Trabajos anteriores han demostrado que las hormigas saltadoras indias pueden cambiar el tamaño de sus cerebros dependiendo de si son obreras o reinas. Una transición que ocurre durante una especie de torneo en el que las obreras denominadas gamergates luchan entre sí por la oportunidad de convertirse en la reina interina. En 2020, el grupo de Roberto Bonasios de la Universidad de Pensilvania demostró que las hormigas pueden expandir sus células gliales cuando hacen la transición de obrera a reina. Debido a que tienen diferencias tan pronunciadas entre sus comportamientos que también se reflejan físicamente en el cerebro, explica, las hormigas son ideales para estudiar cómo activar o desactivar ciertos genes puede afectar los patrones de comportamiento arraigados.
En el nuevo estudio, Bonasio y sus colegas analizaron la expresión génica en los cerebros de H. saltator obreras y reinas e identificó 2.540 transcripciones con expresión diferencial entre las dos. Con base en trabajos anteriores, buscaron objetivos posteriores de dos hormonas, la disona, que se sabe que aumenta en las reinas, y la hormona juvenil, que se ha asociado con las obreras, y encontraron que tres de los genes más regulados en el cerebro de las hormigas obreras se han relacionado con la señalización de la hormona juvenil. La ecdisona pareció afectar los niveles de expresión génica en el cerebro de las reinas, incluidos tres genes de proteína inducidos por ecdisona.
Cuando se administra artificialmente en el cerebro de hormigas de 10 días de edad, la hormona juvenil produce -como hormigas y ecdisona dieron como resultado hormigas con forma de reina, según lo definido tanto por los patrones de expresión génica como por el comportamiento.
Los investigadores también cultivaron las neuronas de las hormigas y administraron cada hormona para profundizar en los cambios de expresión génica. Al hacerlo, determinaron que el represor transcripcional Kr-h1 es activado por ambas hormonas. Dependiendo de la hormona a la que responda, Kr-h1 se une a los promotores de genes asociados con la reina o con las obreras y reprime la transcripción de esos genes. Todavía no está claro cómo Kr-h1 logra regular dos conjuntos de transcritos dependientes del contexto, pero los autores plantean la hipótesis de que cada hormona puede inducir diferentes isoformas de Kr-h1, y que las proteínas que interactúan con Kr-h1 y las diferencias en la cromatina la estructura alrededor de los dos tipos de genes puede estar involucrada.
La pregunta más importante es, ¿cuánto es esto específico de las hormigas y cuánto va mucho más allá? Dice Bonasio. Creo firmemente y la historia está de mi lado, al menos en biología, que muchos de estos mecanismos se conservarán y, si te fijas bien, los verás también en otros organismos.
Ya se sabe que La hormona juvenil, la ecdisona y el Kr-h1 parecen ser actores comunes entre las especies de hormigas, pero la forma en que se utilizan es diferente en diferentes hormigas, abejas y avispas, explica Adria LeBoeuf, neurocientífica que estudia el comportamiento social y colectivo en la Universidad de Friburgo en Suiza que no participó en el trabajo. Por ejemplo, se ha demostrado que la hormona juvenil influye durante el desarrollo de las hormigas y la formación de castas sociales. Los resultados aquí refuerzan que todas estas principales hormonas de insectos están muy enredadas, dice ella.
Esto lleva a varias preguntas abiertas, agrega LeBoeuf. De alguna manera, estas hormonas terminan en el cerebro, [pero] no sabemos cómo llegan allí, dice, o por qué regulan genes específicos y no otros. En el futuro, será importante una mayor exploración de las vías involucradas y cómo esas vías afectan el comportamiento posterior desde dentro y fuera del cerebro en los ovarios, por ejemplo, que crecen durante la transición de obrera a reina, agrega. La genómica está más al alcance de la mano, pero creo que la fisiología es donde está para obtener las respuestas que necesitamos para comprender cómo funciona el sistema.