Salt exposure modulates salt sensing in Drosophila melanogaster

Abstract

Salt is a vital nutrient with a key role in fluid balance and cellular function. In animals, gustatory sensation and internal physiological state are critical for the regulation of salt-related feeding behavior. Activation of salt-sensing cells in response to low salt concentrations is typically perceived as appetitive, whereas higher salt concentrations stimulate high-salt-sensing cells, eliciting an aversive response. Disturbances in the sodium balance, often resulting from dietary imbalances, are typically corrected through neural circuits and hormonally regulated feeding behaviors that maintain the sodium intake. While much is known about the taste-independent mechanisms of sodium intake, the effects of chronic dietary salt on taste perception remain underexplored. Questions persist regarding whether chronic salt exposure influences peripheral taste responses, including those to salt and potential sweetness. It remains unclear whether these alterations are driven by direct effects on taste cells or are contingent on changes in the internal physiological state. Furthermore, the molecular systems that govern taste sensitivity remain poorly understood. To investigate how dietary salt influences salt perception, I used Drosophila melanogaster, a model organism with a well-characterized peripheral taste system. My findings revealed that a chronic salt diet diminishes salt preference without altering the internal state. This effect is associated with loss of electrophysiological responses in low-salt-sensing neurons, likely through internalization in turn impacting both perception and feeding behavior. Notably, the desensitization mechanism exhibits sexual dimorphism: while both sexes induce desensitization through clathrin-mediated endocytosis, macropinocytosis modulates salt perception only in females. Importantly, this female-specific induction of macropinocytosis is critical in the salt diet-induced desensitization of sweet taste perception. Furthermore, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II mediates salt desensitization, potentially by regulating clathrin-mediated endocytosis. These findings shed light on the regulatory mechanisms of salt perception, revealing how dietary factors shape sensory responses and potentially informing strategies to manage salt intake and mitigate related health risks.

소금은 체액 균형과 세포 기능 유지에 중요한 필수 영양소로, 포유류와 곤충에서 소금 선호도 및 섭취는 미각과 체내 생리적 상태에 의해 조절된다. 낮은 소금 농도에서는 나트륨 감지 세포가 활성화되어 섭취를 유도하고, 높은 농도에서는 고농도 소금 감지 세포가 활성화되어 소금에 대한 혐오 반응을 유발한다. 체내 이온 불균형은 신경 회로와 호르몬을 통해 소금 선호도를 변화시켜 적절한 섭취를 유도하는 조절 메커니즘을 작동시킨다. 소금 섭취 행동의 생리적 조절 메커니즘에 대한 연구는 많지만, 환경변화나 식이 습관 변화가 미각을 통한 소금 섭식에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하다. 특히, 짠 음식을 섭취했을 때 미각 변화와 그 메커니즘에 대해서는 아직 명확하지 않다. 예를 들어, 짠 음식을 먹었을 때 소금 맛에 대한 미각이 변화하는지, 다른 맛에 대해서는 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 알려진 바가 없다. 또한, 맛 감지에 변화가 생긴다면 그 기전이 무엇인지, 미각 세포의 직접적인 조절을 통한 것인지, 아니면 내부 생리적 상태의 변화에 의존하는지에 대한 연구도 부족하다. 이에 본 연구는 미각에 대해 잘 알려진 노랑초파리(Drosophila melanogaster)를 이용하여, 짠 음식에 노출된 초파리의 미각 반응 변화를 통해 환경 변화가 소금 선호도 및 소금 감지에 미치는 영향을 규명하였다. 짠 음식에 노출된 초파리는 소금을 섭취하지 않아도, 체내 생리적 변화 없이 지속적으로 소금에 노출된 것만으로 소금에 대한 선호도가 감소한다는 것을 확인하였다. 이 변화는 나트륨 감지 세포의 전기생리학적 반응 저하에 기인하며, 이는 세포내이입 경로를 통해 조절된다. 특히 성별에 따른 이형성(sexual dimorphism)을 나타냈는데 수컷과 암컷 모두 클라트린 매개 세포내이입(Clathrin-mediated endocytosis) 경로를 통해 소금에 대한 탈감작을 일으킬 수 있지만, 암컷은 특이적으로 대음세포작용 (macropinocytosis)을 통해서도 조절된다. 또한, Ca2+/칼모듈린 의존성 단백질 키나제 II (CaMKII)가 탈감작 현상에 중요한 역할을 하며, 이는 클라트린 매개 세포내이입을 조절할 것으로 예상된다. 추가로, 짠 음식에 노출된 암컷 초파리에서만 단맛 선호도가 감소하는데, 이는 대식세포의 유입을 통해 발생하는 현상임을 확인하였다. 본 연구는 짠 음식 습관이 미각에 미치는 영향을 규명하며, 식이 변화가 미각 반응을 어떻게 조절하는지에 대한 이해를 높이는 데 기여한다. 또한, 이러한 결과는 향후 소금 섭취 관리와 관련된 정책 개선에 중요한 기초자료를 제공할 것으로 기대된다.