Peptidergic control of dormancy in Drosophila melanogaster

Gli organismi, soprattutto quelli che vivono in zone temperate, sono costantemente esposti a variazioni cicliche di fattori ambientali a causa dell’alternarsi delle stagioni. Si sono evoluti diversi meccanismi di adattamento che permettono di resistere e superare i periodi sfavorevoli. Tra gli insetti, la diapausa è la più comune strategia usata per raggiungere la sincronizzazione stagionale. La diapausa è uno stato di dormienza, regolato a livello neurologico ed ormonale, che permette agli insetti di avviare un programma di sviluppo alternativo quando le condizioni ambientali non permettono un normale sviluppo. Nel moscerino della frutta Drosophila melanogaster, la diapausa si manifesta con l’arresto dello sviluppo delle ovaie nella frase previtellogenica. Segnali di tipo insulin-like sono stati identificati come regolatori chiave della dormienza in molti organismi. Le insulin-producing cells (IPCs) si trovano nella Pars intercerebralis, sono neuroanatomicamente connessi al centro neuroendocrino che controlla la regolazione ormonale della diapausa. Queste cellule sono responsabili della produzione e del rilascio di differenti insulin-like peptides che sono stati identificati come ormoni antagonisti della diapausa. Abbiamo scoperto che due neuropeptidi, pigment dispersing factor (PDF) e short neuropeptide F (sNPF), prodotti da un piccolo gruppo di neuroni chiamati ventrolateral clock neurons, regolano il processo della diapausa nei moscerini attraverso le IPCs. Inoltre, abbiamo osservato che un altro gruppo di neuroni che producono PDF nel tritocerebrum (PDF-Tri) e che si ritenevano strutture rapidamente eliminate per apoptosi nell’adulto, in realtà sopravvivono e persistono nell’adulto a basse temperature, suggerendo quindi un loro coinvolgimento in funzioni correlate con la resistenza al freddo. L’espressione di sensori genetically-encoded per il secondo messaggero cAMP, ha rilevato che le IPCs reagiscono ad entrambi i neuropeptidi PDF e sNPF. Sorprendentemente reagiscono con grandi aumenti di cAMP alla somministrazione dei due peptidi, suggerendo un effetto sinergico tra sNPF e PDF nel controllo dell’attività delle IPCs. Dal momento che le risposte cAMP sono state abolite nel background mutante per il recettore PDF, sembrano essere regolate dallo stesso. Lo studio di due diverse linee che manifestano differenze nel comportamento relativo alla diapausa ha evidenziato differenze marcate nell’espressione di PDF, potenzialmente collegata della regolazione della diapausa. Studiando le proprietà generali della diapausa in D. melanogaster, abbiamo esplorato l’importanza relativa di alcuni aspetti dei protocolli sperimentali usati per i saggi di diapausa. Mentre nel protocollo originale i moscerini vengono fatti sviluppare a temperature comprese nel range 23-25oC e quindi esposti a condizioni che inducono la diapausa solo a partire dallo stadio adulto, noi abbiamo studiato gli effetti sui livelli di diapausa dello sviluppo a temperature inferiori. Abbiamo documentato cambiamenti nei livelli di diapausa indotti da queste modifiche, sottolineando la loro importanza nel controllo della dormienza. Inoltre, adottando profili di luce-buio seminaturali, che mimano meglio le condizioni esterne, è stata osservata una diapausa altamente regolata dal fotoperiodo. Una risposta fotoperiodica non era stata rilevata in studi precedenti nei quali venivano utilizzati regimi di luce-buio rettangolari. I nostri risultati suggeriscono l’opportunità di disegnare nuovi protocolli, più rappresentativi delle condizioni naturali, per lo studio delle basi genetiche e fisiologiche della diapausa.