Estudio de la participación de los receptores octopaminérgicos y muscarínicos de lóbuloantenal, en el procesamiento de la información olfativa en Drosophila melanogaster

Abstract

La capacidad de descifrar señales de olores es fundamental en la vida de los animales, ya que les permite interactuar entre sí y generar recuerdos de entornos beneficiosos o peligrosos para su sobrevivencia. La organización del sistema olfatorio es similar en un amplio rango de especies, que van desde invertebrados hasta mamíferos. Distintos grupos de investigadores han avanzado en la compresión de los principios biológicos que rigen los comportamientos asociados a señales olfativas, mediante el estudio de modelos animales más simples, como la mosca Drosophila melanogaster. Una de las primeras zonas del cerebro de mosca en procesar información olfativa es el lóbulo antenal (LA); esta es una estructura del cerebro que comparte varias características con el bulbo olfatorio de vertebrados y que contiene dos poblaciones neuronales: las neuronas locales (NLs) y de proyección (NPs). Son estas últimas las que transmiten la información olfativa hacia centros superiores. Poco se sabe de los procesos celulares que se llevan a cabo en lóbulo antenal y el rol que puedan cumplir tales mecanismos en el procesamiento de información olfativa. Sin embargo, en lóbulo antenal es posible encontrar inervación de distintos tipos neuronales, incluyendo aminas biogénicas como serotonina y octopamina, que se sabe que participan en procesos de formación de memoria apetitiva y/o aversiva en zonas superiores del cerebro. Interesantemente, octopamina posee un receptor altamente expresado en lóbulo antenal, OctB3R, del cual poco se sabe respecto a su participación en el procesamiento de información olfativa. Por otro lado, recientemente se ha descrito que receptores metabotrópicos de acetilcolina participan en procesos de memoria aversiva, en regiones superiores del cerebro de Drosophila y se ha reportado su expresión en LA. En esta tesis se estudiaron los mecanismos moleculares de señalización activados por estos receptores en neuronas de proyección y neuronas locales de lóbulo antenal y su contribución al procesamiento de información olfativa en Drosophila. La hipótesis propone que las dinámicas de calcio intracelular asociadas a la activación de receptores muscarínicos de acetilcolina de tipo A (mAChR-A) y octopaminérgicos beta 3 (OctB3R), de lóbulo antenal, contribuyen al procesamiento de olores en Drosophila. El objetivo general fue evaluar cambios en los niveles de calcio intracelular, posterior a la activación de receptores muscarínicos y octopaminérgicos de diferentes poblaciones neuronales de lóbulo antenal, frente a antagonistas y/o agonistas de ambos receptores. Se propuso evaluar además la contribución de estos receptores al procesamiento de olores en Drosophila. Se comprobó que OctB3R de NPs es importante en el procesamiento de información olfatoria aversiva, no así mAChRA. Sin embargo, acetilcolina es capaz de producir cambios en los niveles de calcio intracelular en NPs y NLs, mediados por la activación de mAChR, contrario a lo que se observó cuando se estimularon NPs y NLs con OA, donde no se vieron cambios aparentes. En su conjunto, los resultados de este trabajo muestran la importancia de receptores asociados a efectos neuromoduladores, sobre la actividad de distintas poblaciones neuronales de LA, en un contexto que contribuye a la codificación de señales odorantes

The ability to decipher signs of odors is fundamental in the life of animals, since it allows them to interact with each other and generate memories of beneficial or dangerous environments for their survival. The organization of the olfactory system is similar in a wide range of species, ranging from invertebrates to mammals. Different researchers have advanced in the understanding of the biological principles that govern the behaviors associated with olfactory signals, through the study of simpler animal models, such as the fly Drosophila melanogaster. One of the first areas of the fly brain to process olfactory information is the antennal lobe (LA); This is a structure of the brain that shares several characteristics with the olfactory bulb of vertebrates and that contains two neuronal populations: local neurons (NLs) and projection (NPs). It is the latter that transmit the olfactory information to higher centers. Little is known about the cellular processes that are carried out in the antennal lobe and the role that such mechanisms can play in the processing of olfactory information. However, in the antennal lobe it is possible to find innervation of different neuronal types, including biogenic amines such as serotonin and octopamine, which are known to participate in processes of appetitive and / or aversive memory formation in higher brain areas. Interestingly, octopamine has a receptor highly expressed in antennal lobe, OctB3R, of which little is known about its participation in the processing of olfactory information. However, in the antennal lobe it is possible to find innervation of different neuronal types, including biogenic amines such as serotonin and octopamine, which are known to participate in processes of appetitive and / or aversive memory formation in higher brain areas. Interestingly, octopamine has a receptor highly expressed in antennal lobe, OctB3R, of which little is known about its participation in the processing of olfactory information. On the other hand, it has recently been described that metabotropic acetylcholine receptors participate in aversive memory processes in upper regions of the Drosophila brain and their expression in LA has been reported. In this thesis we studied the molecular mechanisms of signaling activated by these receptors in projection neurons and local antennal lobe neurons and their contribution to the processing of olfactory information in Drosophila. The hypothesis proposes that the intracellular calcium dynamics associated with the activation of muscarinic acetylcholine receptors of type A (mAChR-A) and octopaminergic beta 3 (OctB3R), of antennal lobe, contribute to the processing of odors in Drosophila. The general objective was to evaluate changes in intracellular calcium levels, after the activation of muscarinic and octopaminergic receptors of different neuronal populations of antennal lobe, against antagonists and / or agonists of both receptors. It was also proposed to evaluate the contribution of these receptors to the processing of odors in Drosophila. It was found that OctB3R of NPs is important in the processing of aversive olfactory information, not mAChR-A. However, acetylcholine is capable of producing changes in intracellular calcium levels in NPs and NLs, mediated by the activation of mAChR, contrary to what was observed when NPs and NLs were stimulated with OA, where no apparent changes were seen. As a whole, the results of this work show the importance of receptors associated with neuromodulatory effects, on the activity of different neuronal populations of LA, in a context that contributes to the coding of odorant signals