Общество муравьёв строится на ароматах: феромоны ведут к пище, предупреждают об опасности, регулируют жизнь колонии. Эта система работает благодаря строгому правилу: один рецептор — один нейрон.
Но есть проблема. В геноме муравьёв сотни генов обонятельных рецепторов, и если нейрон активировал бы несколько сразу, сигнал превратился бы в «кашу», и насекомое потеряло бы своё тонкое обоняние.
Теперь исследователи, работающие с клональными рейдерскими муравьями (Clonal Raider Ant), показали, как именно удаётся удерживать это молекулярное равновесие. Результаты опубликованы в журнале «Current Biology».
Новый принцип: транскрипционная интерференция
Команда во главе с Даниэлем Кронауэром (Daniel Kronauer), руководителем лаборатории социальной эволюции и поведения в Университет Рокфеллера (Rockefeller University), обнаружила необычный механизм.
Как только нейрон выбирает один ген рецептора, молекулярные процессы заставляют соседние гены замолчать. Это достигается с помощью так называемых «читающих» транскриптов, которые проливаются на гены ниже по течению и блокируют их работу, а также антисмысловых транскриптов, которые мешают включиться генам выше по течению.
Иными словами, вокруг активированного гена создаётся защитный «пузырь тишины».
«Мы описываем совершенно новую форму регуляции генов», — говорит Кронауэр. — «Эта система гарантирует, что нейрон сохранит уникальную идентичность, выбрав только один рецептор».
Подтверждение и расширение
Аспирант Джакомо Глотцер (Giacomo Glotzer) подчёркивает: «Это своего рода догма в сенсорной нейробиологии — каждый нейрон экспрессирует один рецептор».
Его коллега, биомедицинский научный сотрудник Парвиз Даниэль Хежази (Parviz Daniel Hejazi), добавляет: «Наши данные показывают, что нейрон не просто включает один ген, но активно глушит всех его соседей».
Дальнейшие эксперименты показали: та же стратегия работает не только у клональных рейдеров, но и у индийских прыгающих муравьёв и даже у пчёл.
Значение для биологии и эволюции
Открытие меняет представления о том, как большие кластеры родственных генов могут регулироваться в геноме. Такой механизм может объяснить, как муравьи так быстро расширили репертуар обонятельных рецепторов за короткое эволюционное время.
«Как только у вас появляется такая система, можно наращивать сложность без риска всё испортить», — отмечает Кронауэр.
Учёные предполагают, что транскрипционная интерференция может быть широко распространена среди насекомых с большими семействами генов, а привычные модельные организмы — вроде плодовых мушек — могут оказаться исключением, а не правилом.
