Citação: Jiao Y, Sorrells TR (2025) As células gliais divergem na evolução cerebral da mosca. PLOS BIOL 23 (4): E3003136. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003136
Publicado: 30 de abril de 2025
Direitos autorais: © 2025 Jiao, Sorrells. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos do Licença de atribuição do Artistic Commonsque permite o uso, a distribuição e a reprodução irrestritos em qualquer meio, desde que o autor e a fonte originais sejam creditados.
Financiamento: O TS é apoiado por um Instituto Nacional de Doenças Infecciosas Prêmio Novo Inovador, 1DP2AI177891 do Nationwide Institutes of Well being. TS é um estudioso de Freeman Hrabowski do Instituto Médico Howard Hughes. Os financiadores não tiveram papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicar ou preparação do manuscrito.
Interesses concorrentes: Os autores declararam que não existem interesses concorrentes.
No Grande Buffet da Nature, as moscas drosofilídeos fizeram escolhas de refeições surpreendentemente diferentes. Generalistas como Drosophila melanogaster e Drosophila Simulans Amostra amplamente do menu de frutas e vegetação em decomposição. Por outro lado, uma espécie intimamente relacionada, Drosophila Sechelliaé um especialista que se alimenta exclusivamente da fruta doni Morinda citrifoliaque é tóxico para outros drosofilídeos. Estudos anteriores se concentraram principalmente em receptores olfativos e neurônios que permitem a especialização do host em D. Sechelliasistema nervoso periférico (1–3). No entanto, como o cérebro evolui para acomodar essa mudança ecológica permaneceu inexplorada até que um novo estudo de biologia do PLOS de Lee e colegas (4).
A investigação da evolução cerebral tradicionalmente se baseia na comparação de estruturas e comportamentos cerebrais entre as espécies, tentando vincular diferenças anatômicas às adaptações ecológicas (5). Avanços recentes na transcriptômica de célula única oferecem um novo equipment de ferramentas poderoso para estudar a evolução cerebral nos níveis de expressão gênica e tipo de célula. Alavancando a distância filogenética de D. melanogasterAssim, D Simulanse D. Sechellia e seus diferentes nichos ecológicos, os autores geraram atlas transcriptômico de células únicas 1 × cobertura de cérebros centrais (~ 50.000 células por espécie) usando sequenciamento de RNA de núcle único (4). Esta análise comparativa, a primeira em cérebros centrais inteiros de qualquer animal em resolução de célula única (ver Fig 1), revela como a expressão gênica evolui no nível do tipo de célula e avança essas espécies como um modelo para a evolução comportamental.
Fig 1. Atlas comparativo de três relacionados intimamente Drosophila revelar um papel glial na evolução do cérebro da mosca.
Relações filogenéticas e tempos de divergência aproximados são indicados à esquerda. Os autores geraram sequenciamento de RNA único-nucleus de todo o cérebro central de dois generalistas, Drosophila melanogaster e Drosophila Simulanse um especialista em frutas não -i, Drosophila Sechellia. Isso lhes permitiu estimar a divergência na expressão gênica e abundância nos tipos de células cerebrais, revelando que a glia diverge mais rapidamente do que os neurônios.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003136.g001
Os autores descobriram que o cérebro é altamente conservado nessas três espécies de moscas de frutas, com a maioria dos tipos de células exibindo frequências semelhantes e padrões de expressão gênica (4). No entanto, quando comparado a D. melanogastero especialista D. Sechellia mostrou maior divergência molecular e celular do que seu colega generalista intimamente relacionado D. Simulans (4). Essa divergência pode ser devida à dramática mudança ecológica de D. Sechellia.
Um debate de longa knowledge no campo da biologia evolutiva é em que grau as diferenças de espécies podem ser atribuídas à adaptação ou processos não adaptativos, como mutação e deriva. D. Sechellia tem um tamanho de população muito menor do que D. Simulansdiminuindo o poder da seleção em relação à deriva genética. Este sistema de estudo oferece uma excelente oportunidade para entender as contribuições relativas de mudanças adaptativas e não adaptativas na evolução cerebral entre as espécies.
A descoberta mais inesperada dos autores diz respeito à glia. Significando ‘cola’ no grego antigo, a glia period considerada por muito tempo como apoiadores exclusivamente do sistema nervoso, responsável por andaimes estruturais, suprimento de nutrientes e remoção de resíduos. Os neurônios geralmente receberam mais atenção por seu papel no processamento de informações e controle de comportamento. Lee e colegas revelaram que as células gliais-particularmente glia perineurial formando a barreira hematoencefálica-exibiram reduções significativas na abundância celular e na extensa expressão gênica em alterações em D. Sechellia (4). Esses resultados foram rigorosamente validados através da fluorescência in situ Hibridação. As alterações da expressão gênica na glia foram enriquecidas para vias metabólicas, consistentes com o perfil nutricional exclusivo da fruta do não -Ii (baixo teor de açúcares, toxinas altas). Esses achados fornecem evidências intrigantes de que a adaptação do sistema nervoso pode ocorrer através de células gliais em D. SechelliaEspecialização ecológica da fruta não -i.
Nos últimos anos, a Glia demonstrou desempenhar muitos papéis críticos na função central do sistema nervoso (6). Vários estudos recentes usando técnicas de sequenciamento de célula única descobriram papéis surpreendentes da glia na regulação do comportamento do inseto. Por exemplo, Camponotus Floridanus As formigas têm duas castas de desenvolvimento, maiores que defendem o ninho e os menores que procuram alimentos. O sequenciamento comparativo de RNA de célula única de cérebros identificou enzimas degradadoras de hormônios juvenis na glia perineurial que formam a barreira hematoencefálica como os principais reguladores desses comportamentos específicos de castas (7). Um estudo de D. melanogaster Brains de diferentes estados de sono e vigília revelaram que as células gliais integram processos homeostáticos e circadianos (8). Além disso, causas de alimentação de sangue Aedes aegypti mosquitos para suprimir seu apetite durante o qual há extensas mudanças transcricionais na glia, mas não neurônios (9). Lee e colegas adicionam uma nova peça: a rápida evolução da Glia em D. Sechellia destaca seu papel como inovadores evolutivos no cérebro. Por que a Glia pode ser mais evolutivamente lábil? Ao contrário dos neurônios, que enfrentam restrições rigorosas para manter arquiteturas sinápticas e de circuitos conservadas, os papéis metabólicos e homeostáticos da Glia podem permitir maior flexibilidade durante a adaptação de nicho.
Este estudo é um marco para a neurobiologia evolutiva, expandindo estudos comparativos de regiões cerebrais específicas para todo o cérebro central. Isso permitiu a comparação das taxas evolutivas entre os tipos de células, com a descoberta de que as células gliais evoluem muito mais rapidamente do que os neurônios. Como outros estudos de referência, isso levanta inúmeras questões adicionais. A rápida evolução glial é encontrada em outros sistemas? Essas mudanças resultam em diferenças adaptativas entre as espécies ou refletem a menor seleção purificadora nas células gliais? Os três intimamente relacionados Drosophila As espécies usadas por Lee e colegas oferecem um modelo poderoso para investigar a evolução cerebral. Décadas de pesquisa de neurobiologia geraram uma riqueza de ferramentas de pesquisa em D. melanogaster que estão começando a ser implantados em espécies intimamente relacionadas. A integração da neurobiologia, técnicas moleculares e genéticas e genômica populacional fornecerá novas informações sobre a evolução do cérebro e do comportamento.
