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May 24, 2023

La variazione dei segnali chimici dei topi è controllata geneticamente e modulata dall'ambiente

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8573 (2023) Citare questo articolo

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Nella maggior parte dei mammiferi e in particolare nei topi, la comunicazione chimica si basa sull'individuazione di segnali relativi alla forma fisica etologicamente rilevanti da parte di altri individui. Nei topi, l’urina è la fonte primaria di questi segnali, quindi abbiamo utilizzato la proteomica e la metabolomica per identificare i componenti chiave della segnalazione chimica. Mostriamo che esiste una corrispondenza tra volatili urinari e proteine ​​nella rappresentazione del background genetico, del sesso e dell'ambiente in due sottospecie di topi domestici Mus musculus musculus e M. m. domestico. Abbiamo scoperto che l’ambiente ha una forte influenza sulla variazione proteomica e metabolomica e che le miscele volatili rappresentano meglio i maschi mentre le femmine hanno sorprendentemente più proteine ​​influenzate dal sesso. Utilizzando tecniche di apprendimento automatico e di omica combinata, abbiamo identificato miscele di metaboliti e proteine ​​associate a caratteristiche biologiche.

Tutti gli organismi viventi sono costantemente confrontati con segnali chimici provenienti dal loro ambiente e da altri individui. Nei topi, questi segnali spesso agiscono su rappresentazioni innate1 o apprese2 nel cervello e producono risposte comportamentali che promuovono la sopravvivenza e la forma fisica. Ad esempio, un topo maschio probabilmente produrrà segnali per pubblicizzare la sua forma fisica che porterebbero a comportamenti di evitamento negli altri maschi e ad attrazione sessuale nelle femmine3,4,5. Alcuni di questi segnali sono specie-specifici o sub-specifici e vengono utilizzati per il riconoscimento tra pari6,7. Inoltre, qualsiasi individuo, indipendentemente dal sesso, seguirà un segnale che rappresenta il cibo preferito o eviterà un segnale che indica predatori8. La maggior parte degli studi comportamentali si concentra sull’effetto di uno o pochi composti e proteine ​​come molecole segnale. Tuttavia, gli animali e gli ambienti circostanti sono più complessi e invece di singoli o più composti studiati, la maggior parte degli organismi, compresi anche batteri9 e piante10, producono matrici n-dimensionali di composti. Spesso è la composizione di questi bouquet a indurre comportamenti e risposte fisiologiche nei riceventi11. Per rendere questo puzzle ancora più complesso, la risposta allo stesso segnale potrebbe variare a seconda dei fattori ambientali. Pertanto, ci siamo chiesti se i tratti biologici come il sesso e il background genetico di un individuo si manifestano tramite proteomi o metabolomi e in che misura questi due insiemi sono collegati o addirittura correlati. Questo è importante perché è noto che i segnali sessuali innescano circuiti sessualmente dimorfici e colpiscono rappresentazioni sensoriali sessualmente dimorfiche nel bulbo olfattivo accessorio12 e nell'amigdala mediale13, ma manca una visione completa dei segnali chimici che possono innescare queste rappresentazioni. In generale, eravamo interessati a come viene visualizzata la sessualità in un organismo per il quale i segnali olfattivi legati al fitness sono più importanti di quelli visivi.

L'urina del topo contiene grandi quantità e una varietà di molecole che fungono da segnali olfattivi. Sono rilevabili dai recettori chemosensoriali dei principali epiteli olfattivi e/o dell'organo vomeronasale (VNO)14,15,16,17,18,19,20,21,22. Questi segnali producono diverse risposte fisiologiche nel ricevitore13,23,24,25,26,27,28,29,30,31 anche quando stimolati da proteine ​​urinarie maggiori non volatili (MUP) selezionate32,33, peptidi corti34,35, e/o composti organici volatili (COV)36,37,38. Nei topi, i COV erano considerati potenti segnali rilevabili dai tessuti olfattivi18,39 mentre i MUP erano per lo più considerati come trasportatori di questi segnali nei loro barili beta a otto filamenti37,40,41,42,43,44,45,46,47 e modellare così le singole firme olfattive48. Tuttavia, vari autori hanno dimostrato che particolari MUP rappresentano un segnale di per sé rilevabile da VNO32,49,50,51 e che alcune di queste molecole, incluso MUP20 di parte maschile (noto come darcin), suscitano comportamenti innati complessi tra cui l'aggressività33, il riconoscimento del compagno52 e l'apprendimento32 . Tuttavia, poiché quasi tutti gli studi precedenti si concentravano solo sui MUP, non esiste ancora nessuno studio che mostri l’intero spettro delle proteine ​​e dei volatili dell’urina che potrebbero essere coinvolti anche nella comunicazione chimica, specialmente nei roditori viventi selvatici.