Papel de las proteínas G heterotriméricas en la transducción olfatoria de Drosophila melanogaster

Abstract

La transducción olfatoria se desencadena por la interacción de las moléculas olorosas con los receptores olfatorios, acoplados a proteínas G en muchas especies; pero existe controversia acerca de los mecanismos que subyacen a la transducción olfatoria en la mosca de la fruta. El dímero entre receptores olfatorios (ORs) y su correceptor (Orco) puede actuar como un canal de cationes no selectivo activado por ligando. Sin embargo, también se ha detectado un efecto de cascadas de transducción mediadas por proteínas G en la recepción olfatoria, planteando la posibilidad de que el complejo OR-Orco actúe a través de un doble mecanismo, implicando canales catiónicos activados por nucleótidos cíclicos. En este trabajo se ofrece una amplia descripción del patrón de expresión de las proteínas G en los órganos receptores olfatorios (tercer segmento antenal y palpos maxilares) de Drosophila melanogaster. Se analizaron 6 subunidades G¿ (Gs, Gi, Gq, Go, Gf y Concertina), 3 G¿ (G¿5, G¿13F y G¿76C) y 2 G¿, (G¿1 y G¿30A), así como diferentes transcritos que daban lugar a proteínas distintas, por RT-PCR. Todos las G¿ se expresan en ambos órganos olfatorios, excepto Gf, que no aparece en palpos. También se encuentran en ambos órganos todas las G¿ y G¿ excepto G¿76C. La expresión diferencial de algunos de los transcritos sugiere que algunas de las variantes pueden estar jugando un papel en diferentes tipos de señalización por parte de las neuronas receptoras olfatorias (ORNs). Se llevaron a cabo estudios inmunohistoquímicos para diferentes proteínas G¿ y G¿ en cortes antenales. Gs, Gi, Gq y G¿13F muestran una expresión generalizada en el tejido antenal, tanto en ORNs como en células gliales, aunque G¿13F parece tener un patrón de expresión menos generalizado que el resto. Cabe señalar que se ha encontrado una completa coexpresión entre Gi y Gq, mediadoras de las rutas de transducción del AMPc y del IP3 respectivamente. Además se detecta la presencia de Gs en la base de las sensilas olfatorias, y tanto Gi como Gq y G¿13F se expresan a lo largo de dichas sensilas, sugiriendo que estas proteínas pueden estar jugando un papel en la transducción olfatoria de Drosophila. Para probar esta hipótesis, se estudió el efecto de Gi, Gs y G¿13F en el comportamiento olfatorio de Drosophila melanogaster. Gs y Gi son las proteínas activadora e inhibidora respectivamente de la adenilato ciclasa (AC). AC cataliza la transformación de ATP en AMPc, que puede activar a su vez canales iónicos, despolarizando la célula. Se expresó el RNAi correspondiente a cada una de estas subunidades en ORNs de individuos adultos bajo el control del promotor de orco, usando el sistema Gal4; Gal80ts/UAS. Con este método podemos dirigir la expresión del RNAi de interés en el conjunto de neuronas que expresan Orco, y Gal80ts nos permite un control temporal de la expresión, evitando así estados de desarrollo donde las proteínas G tienen un efecto conocido en la división de neuroblastos y el crecimiento axonal. Se utilizaron laberintos en Y para medir la preferencia olfatoria de los individuos frente a olores como acetato de etilo, metil salicilato y acetona. Las mayores diferencias observadas fueron en relación a Gs y Gi. La reducción de los niveles de Gs en las ORNs de Drosophila conlleva alteraciones en la respuesta de comportamiento para varias concentraciones de acetato de etilo y metil salicilato, lo que supone que se necesitan niveles normales de esta proteína para una percepción apropiada de estos olores. Los índices olfatorios de las moscas mutantes son significativamente menores que en las controles. También se observan diferencias en moscas donde se redujeron los niveles de Gi en la respuesta a acetato de etilo, con un aumento de los índices olfatorios para concentraciones extremas, y una reducción de los mismos para concentraciones intermedias. Estos resultados apoyan la idea de que Gi también es necesaria para un comportamiento olfatorio normal. No se han encontrado diferencias en moscas con RNAi de Gi para metil salicilato, lo que nos induce a pensar que el papel de las proteínas G en recepción olfatoria es específico de olor. Tampoco se encontraron diferencias significativas en la respuesta a acetona para ninguna de estas dos proteínas, lo que confirma que las diferencias observadas para el resto de olores no son debidas a un fallo generalizado en la función celular asociado a la disminución de los niveles de estas proteínas, sino a un efecto específico de las mismas en la señalización olfativa. Tomando estos datos en conjunto, proponemos que la recepción olfatoria en Drosophila sigue un modelo combinado ionotrópico-metabotrópico, donde las proteínas G participan activamente en la transducción olfatoria.