Animal olfactory systems detect environmental volatile chemicals and integrate this information to direct discovery of food and mates and avoidance of danger. Rather than remaining constant, olfactory response thresholds are modulated by internal and external cues to adapt odor-guided behaviors to changing conditions. Here, we show in Drosophila melanogaster that neuropeptide F (NPF) modulates the responses of a specific population of the antennal olfactory sensory neurons (OSNs) to food-derived odors. We show knock-down of NPF in NPF neurons specifically reduces the responses of the ab3A neurons to ethyl butyrate, a volatile ester found in apples and other fruits. Knock-down of the NPF receptor (NPFR) in the ab3A neuron reduces their responses and disrupts the ability of the flies to locate food. We also identify a sexual dimorphism in ab3A responsiveness: ab3A neurons in females immediately post-eclosion are less responsive to ethyl butyrate than those of both age-matched males and older females. Not only does this change correlate with brain NPF levels, NPFR mutants show no such sexual dimorphism. Finally, by way of mechanism, we show mutation of NPFR seems to cause intracellular clustering of OR22a, the odorant receptor (OR) expressed in the ab3A neurons.
동물은 후각을 사용하여 환경에 존재하는 기체상 화학물질을 탐지하고 수집된 정보를 종합하여 먹이 또는 짝을 찾거나 위험을 피하기 위한 목적으로 활용한다. 따라서 후각 반응의 역치(threshold)는 일정하지 않고 변하는 환경에 적응하기 위하여 체내와 체외의 자극과 조건에 따라 조절되어야 한다. 본 연구자는 뉴로펩티드 F (NPF)가 모델생물인 Drosophila melanogaster에서 먹이 냄새에 민감한 특정 후각신경집단의 반응을 조절한다는 것을 밝혀내었다. NPF 또는 NPF의 수용체인 NPFR의 발현을 억제하였을 때 ab3A 후각신경의 반응이 감소하였을 뿐 아니라 성충의 먹이 탐지 능력도 감소하였다. 더 나아가, Drosophila의 성별과 초기 연령에 따라서도 다르게 나타난 ab3A 후각신경반응과 뇌 NPF의 양적 상관관계도 밝혀내었으며, 상기의 특징들은 NPF 신호가 차단되면 사라지는 것도 확인하였다. 마지막으로, NPF 신호와 ab3A 후각신경 조절 현상 간의 메커니즘을 확인하기 위한 실험에서, NPFR이 부족하면 ab3A 후각신경세포 내에서 후각 반응에 직접적으로 연관되는 OR22a 후각수용체 단백질이 신경세포의 특정 구조에 비정상적으로 집적(accumulation)되는 것을 확인하였으나, 메커니즘을 구체적으로 설명할 만한 이 이상의 증거를 확보하지는 못하였다.
