Anti-insulinprotein knyttet til lang levetid og reproduktion hos myrer

Et insulin-undertrykkende protein kan være ungdomskilden for myrer og giver fingerpeg om aldring hos andre arter, ifølge en undersøgelse ledet af New York University-forskere.

Udgivet i Science , viser undersøgelsen, at myrerdronning udviser højt stofskifte til reproduktion uden at blive ældet ved at generere et anti-insulinprotein, der kun blokerer en del af insulinvejen, der er ansvarlig for aldring.

Hos mange dyr er det at få mange afkom forbundet med en kortere levetid. Denne afvejning mellem frugtbarhed og lang levetid hos dyr menes at være resultatet af, hvordan ernæringsmæssige og metaboliske ressourcer er allokeret.

Insulin – et hormon, der hjælper med at omdanne mad til energi – spiller en stor rolle i stofskiftet, men også i aldring. At producere æg er energikrævende og kræver ekstra mad, hvilket hæver insulinniveauet, men øget aktivitet af insulinbanen, der kræves til reproduktion, fører til kortere levetid hos de fleste dyr. I modsætning hertil forlænger kostrestriktioner livet ved at holde insulinniveauet nede; faktisk er andre forskere ved at undersøge, om faste forbedrer levetiden.

Myrer er en bemærkelsesværdig undtagelse til afvejningen mellem reproduktion og lang levetid, da deres dronninger - som er ansvarlige for hele koloniens reproduktion - lever meget længere end arbejdsmyrer, mens de deler det samme genom. Hos en art som den sorte havemyre kan en dronning lægge en million æg og leve i 30 år, mens hendes sterile arbejdssøstre kun lever i et år. Hos Harpegnathos saltatormyrer, en art af springmyrer hjemmehørende i Indien, som var fokus for denne undersøgelse, lever dronninger typisk i fem år, mens arbejdere kun lever i syv måneder.

Når Harpegnathos-dronningen dør i en koloni, sker der en ejendommelig begivenhed:kvindelige arbejdsmyrer duellerer hinanden med deres antenner, der kappes om at blive den næste dronning. Duelvinderne skifter "kaste" i myresamfundet og bliver pseudoqueens, også kendt som gamergates, mens de stadig forbliver i en arbejders (mindre) krop. Pseudoqueens tilegner sig dronningelignende adfærd, herunder æglægning, og deres forventede levetid stiger væsentligt fra syv måneder til fire år. Men hvis de erstattes af en anden dronning, vender de tilbage til deres arbejderstatus, holder op med at lægge æg, og deres levetid forkortes tilbage til syv måneder.

"Ved at gennemgå et reversibelt 'kasteskifte' fra arbejdere til pseudoqueens, der resulterer i en dramatisk stigning i både deres levetid og evne til at reproducere, giver Harpegnathos-myrer en unik mulighed for at studere, hvordan aldring og reproduktion kan afbrydes," sagde undersøgelsens co-senior. forfatter Claude Desplan, sølvprofessor i biologi og neuralvidenskab ved NYU.

Ved hjælp af RNA-sekventering undersøgte forskerne vævsprøver fra både arbejdere og pseudoqueens med fokus på dele af myren, der er involveret i metabolisme og reproduktion, herunder hjernen, fedtlegemet (insekts lever) og æggestokke. De fandt ud af, at myrerne, der skiftede fra arbejder til pseudodronning, producerer mere insulin i deres hjerner for at producere æg. Denne øgede insulin resulterer i aktivering af en af ​​de to hovedgrene af insulinsignalvejen, MAPK, som styrer metabolisme og ægdannelse.

Det øgede insulin i pseudoqueens inducerer udvikling af æggestokkene, som derefter begynder at producere et insulin-undertrykkende protein kaldet Imp-L2. Imp-L2 blokerer signalering i den anden hovedgren af ​​insulinsignalvejen, AKT, som kontrollerer aldring, og hvis øgede aktivitet fører til kortere levetid.

"De to hovedgrene af insulinsignalvejen ser ud til at differentielt regulere fertilitet og levetid, hvor øget signalering i den ene hjælper reproduktionen hos pseudoqueens og nedsat signalering i den anden i overensstemmelse med deres forlængede levetid," sagde studiets co-senior forfatter Danny Reinberg, Terry og Mel Karmazin professor i biokemi og molekylær farmakologi ved NYU Grossman School of Medicine og en Howard Hughes Medical Institute-forsker.

"Dette samspil, som udviklede sig i myrer og måske i andre insekter, kan bidrage til den usædvanlige levetid og mange afkom i reproducerende myrer," sagde Hua Yan, undersøgelsens medførsteforfatter og tidligere postdoktor ved NYU Grossman School of Medicine. som nu er assisterende professor i biologi ved University of Florida.

"Vores arbejde illustrerer også vigtigheden af ​​at bruge de passende modelsystemer til at stille spørgsmål om væsentlige biologiske spørgsmål. For eksempel forlænger de fleste manipulationer af levetid hos dyr som mus eller fluer normalt deres levetid med 10 til 20 procent. Myrer udviser bemærkelsesværdige 500 procent øget levetid, hvilket gør det meget mere kraftfuldt at studere dem," tilføjede Desplan.

Yderligere undersøgelsesforfattere inkluderer Comzit Opachaloemphan, Francisco Carmona-Aldana, Giacomo Mancini, Jakub Mlejnek, Nicolas Descostes, Bogdan Sieriebriennikov, Alexandra Leibholz, Long Ding og Maria Traficante fra NYU og Xiaofan Zhou fra South China Agricultural University. + Udforsk yderligere

I duellerende myrer, der kappes om at blive dronning, afgør adfærdsmæssige og molekylære signaler hurtigt, hvem der vinder