Anti-insulinprotein knyttet til lang levetid og reproduksjon hos maur

Et insulin-undertrykkende protein kan være ungdomskilden for maur og gir ledetråder om aldring hos andre arter, ifølge en studie ledet av New York University-forskere.

Publisert i Vitenskapviser studien at maurdronning viser høy metabolisme for reproduksjon uten å gjennomgå aldring ved å generere et anti-insulinprotein som blokkerer bare en del av insulinveien som er ansvarlig for aldring.

Hos mange dyr er det å ha mange avkom knyttet til en kortere levetid. Denne avveiningen mellom fruktbarhet og lang levetid hos dyr antas å være et resultat av hvordan ernæringsmessige og metabolske ressurser er allokert.

Insulin – et hormon som hjelper til med å omdanne mat til energi – spiller en stor rolle i metabolismen, men også i aldring. Å produsere egg er energikrevende og krever ekstra mat, noe som øker insulinnivået, men økt aktivitet av insulinbanen som kreves for reproduksjon fører til kortere levetid hos de fleste dyr. Derimot forlenger diettbegrensninger livet ved å beholde insulinnivåer ned; faktisk er det andre forskere som utforsker om fasting forbedrer levetiden.

Maur er et bemerkelsesverdig unntak fra avveiningen mellom reproduksjon og lang levetid, ettersom dronningene deres – som er ansvarlige for hele koloniens reproduksjon – lever mye lenger enn arbeidsmaur mens de deler det samme genomet. Hos en art som den svarte hagemauren kan en dronning legge en million egg og leve i 30 år, mens hun er steril arbeider søstre lever bare i ett år. I Harpegnathos saltatormaur, en art av hoppemaur hjemmehørende i India som var fokus for denne studien, lever dronninger vanligvis i fem år mens arbeidere lever i bare syv måneder.

Når Harpegnathos-dronningen dør i en koloni, inntreffer en særegen hendelse: kvinnelige arbeidsmaurer duellerer hverandre med antennene sine, og kjemper om å bli den neste dronningen. Duellvinnerne endrer “kaste” i maursamfunnet og blir pseudoqueens, også kjent som gamergates, mens de fortsatt forblir i (mindre) kroppen til en arbeider. Pseudodronninger tilegner seg dronninglignende atferd, inkludert egglegging, og deres forventet levealder øker betydelig fra syv måneder til fire år. Men hvis de erstattes av en annen dronning, går de tilbake til arbeiderstatus, slutter å legge egg, og levetiden deres blir forkortet tilbake til syv måneder.

“Ved å gjennomgå reversibel ‘kastebytte’ fra arbeidere til pseudodronninger som resulterer i en dramatisk økning i både levetiden og evnen til å reprodusere, gir Harpegnathos-mauren en unik mulighet til å studere hvordan aldring og reproduksjon kan kobles fra hverandre,” sa studiens co-senior. forfatter Claude Desplan, sølvprofessor i biologi og nevralvitenskap ved NYU.

Ved å bruke bulk RNA-sekvensering, studerte forskerne vevsprøver fra både arbeidere og pseudoqueens, med fokus på deler av mauren som er involvert i metabolisme og reproduksjon, inkludert hjernen, fettkroppen (leveren til insekter) og eggstokkene. De fant ut at maurene som byttet fra arbeider til pseudodronning produserer mer insulin i hjernen for å produsere egg. Dette økte insulinet resulterer i aktivering av en av de to hovedgrenene av insulinsignalveien, MAPK, som kontrollerer metabolisme og eggdannelse.

Det økte insulinet i pseudoqueens induserer eggstokkutvikling, som deretter begynner å produsere et insulin-undertrykkende protein kalt Imp-L2. Imp-L2 blokkerer signalering i den andre hovedgrenen av insulinsignalveien, AKT, som kontrollerer aldring og hvis økte aktivitet fører til kortere levetid.

“De to hovedgrenene til insulin signalveien ser ut til å regulere fruktbarhet og levetid forskjellig, med økt signalering i den ene hjelper reproduksjonen hos pseudoqueens og redusert signalering i den andre i samsvar med deres utvidede levetid,” sa studiens co-senior forfatter Danny Reinberg, Terry og Mel Karmazin professor i biokjemi. og molekylær farmakologi ved NYU Grossman School of Medicine og en Howard Hughes Medical Institute-etterforsker.

“Dette samspillet, som utviklet seg i maur og kanskje i andre insekter, kan bidra til den uvanlige levetiden og mange avkom i reproduksjonen maur,” sa Hua Yan, studiens medforfatter og en tidligere postdoktor ved NYU Grossman School of Medicine, som nå er assisterende professor i biologi ved University of Florida.

“Vårt arbeid illustrerer også viktigheten av å bruke passende modellsystemer for å stille spørsmål om essensielle biologiske spørsmål. For eksempel forlenger de fleste manipulasjoner av lang levetid hos dyr som mus eller fluer vanligvis levetiden med 10 til 20 prosent. Maur viser bemerkelsesverdige 500 prosent økt levetid, noe som gjør det mye kraftigere å studere dem,” la Desplan til.

Ytterligere studieforfattere inkluderer Alexandra Leibholz, Long Ding og Maria Traficante fra NYU, og Xiaofan Zhou fra South China Agricultural University.

---

---