Departamentul de afiliere pentru biologie moleculară, biologie celulară și biochimie, Providence, RI, Universitatea Brown, Statele Unite ale Americii

nutriționale

Departamentul de Biologie Moleculară, Biologie Celulară și Biochimie, Providence, RI, Universitatea Brown, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Ecologie și Biologie Evolutivă, Providence, RI, Universitatea Brown, Statele Unite ale Americii

Cifre

Abstract

Citare: Post S, Tatar M (2016) Profiluri geometrice nutriționale ale expresiei insulinei/IGF în Drosophila melanogaster. PLOS ONE 11 (5): e0155628. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0155628

Editor: Kyung-Jin Min, Universitatea Inha, REPUBLICA COREA

Primit: 22 decembrie 2015; Admis: 1 mai 2016; Publicat: 12 mai 2016

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Autorii nu au primit fonduri specifice pentru această lucrare.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Semnalizarea insulinei/factorului de creștere asemănător insulinei (IIS) în musca fructelor Drosophila melanogaster este mediată de opt peptide insulinoase Drosophila (dilps) care semnalizează printr-un INR al receptorului tirozin kinazei comun (receptor insulină/IGF). Dilps și InR sunt omologi insulinei, factorului de creștere asemănător insulinei și receptorilor lor respectivi la mamifere [1]. INR activat de ligand interacționează cu substratul receptorului de insulină IRS (chico, omolog al IRS1-4 uman) pentru a iniția semnalizarea canonică PI3K și Akt și, ulterior, reprima factorul de transcripție a furcii dFOXO [2]. Cele opt dilpuri sunt exprimate în mod diferit de-a lungul ciclului de viață, al dezvoltării și al țesuturilor [1,3]. ARN mesager al dilp1, dilp2, dilp3 și dilp5 sunt exprimate predominant în celule neurosecretorii mediane (MNC; celule producătoare de insulină, IPC) ale creierului adult. ARNm Dilp5 este produs și în foliculii ovarieni adulți și în tubulii renali, în timp ce dilp3 este exprimat în intestinul mediu [1,4,5]. ARNm Dilp6 este produs în corpul adulților și larvelor, un țesut cu funcții adipoase și asemănătoare ficatului [6,7]. Dilp4 este exprimat în embrion mezoderm [3]. Dilp7 este exprimat în sistemul nervos central larv și adult [3], iar dilp8 a fost observat în timpul dezvoltării pupale [8,9].

Muștele mutante pentru loci dilp specifici au fost utilizate pentru a explora creșterea și funcțiile metabolice ale acestora, deși interpretarea rezultatelor este complicată de creșterea sau scăderea compensatorie a diferitelor dilpuri atunci când un locus este mutat. Se deduce că peptida DILP2 modulează carbohidrații circulanți, deoarece mutanții dilp2 au zahăr hemolimfă crescut [10]. Un fenotip similar a fost raportat de la muște unde MNC-urile au fost ablate și salvarea a fost realizată ulterior prin expresia exogenă a dilp2 [11]. Dilp2 a fost în special asociat cu reglarea longevității. ARNm și peptida Dilp2 sunt reduse în manipulările genetice care extind durata de viață a adulților [7,12], iar durata de viață este extinsă la adulții mutanți dilp2 [10]. Dacă dilp2 controlează direct aceste fenotipuri rămâne oarecum incert, deoarece mutația dilp2 crește simultan expresia dilp3 și dilp5 [10,13]. Muștele mutante cărora le lipsește dilp2, dilp3 și dilp5 împiedică împreună această expresie compensatorie: mutanții homozigoti nu mai prezintă o durată de viață extinsă, deși animalele heterozigote au o durată de viață ușoară [10].

Funcțiile dilp6 au fost elucidate prin analiza mutanților și cu supra-exprimare. Dilp6 este esențial pentru dezvoltarea larvelor și răspunde la hormonul de maturare ecdison [14]. Mutanții nul Dilp6 au niveluri ușor crescute de lipide, sugerând că dilp6 controlează stocarea și utilizarea lipidelor [10]. La adulți, supraexprimarea dilp6 extinde durata de viață și crește grăsimile și glicogenul [7]. Cu toate acestea, nu se cunoaște dacă aceste efecte sunt cauzate direct de dilp6, deoarece producția MSC de dilp2 și dilp5 este redusă atunci când dilp6 este supraexprimat în corpurile grase [7].

Având în vedere expresia compensatorie complexă dintre diluări la mutație, aici am căutat să înțelegem cum sunt exprimate aceste peptide în contextul fiziologic al animalelor de tip sălbatic hrănite cu diete diferite. În primele rapoarte, foamea a redus dilp3 și dilp5 larvare, dar nu și dilp2 [15]. La larve și adulți, dilp5, dar nu dilp2 a fost redus atunci când animalele au fost menținute pe diete cu restricție de drojdie sau diluate cu toate componentele [16-18]. Pe de altă parte, foamea a crescut expresia dilp6 la larve și adulți, în timp ce dilp2 și dilp5 au fost scăzute sau neschimbate [6,7]. Împreună, aceste observații sugerează că dilpurile mediază în mod unic roluri metabolice distincte: metabolismul glucozei prin dilp2, stocarea lipidelor prin dilp6, metabolismul lipidic prin dilp3 și răspunsul la proteine ​​prin dilp5 [19].

Pentru a explora această perspectivă, am măsurat toate mARN-urile dilp la dietele hrănite la adulți, care au variat în funcție de raportul proteină-carbohidrați la patru niveluri de conținut caloric. Acest design urmează abordarea analitică a Cadrului nutrițional geometric pentru a separa impactul compoziției nutrienților de conținutul caloric asupra trăsăturilor continue [20-23]. În special, am aplicat regimul dietetic al lui Lee și colab. [24] în cazul în care adulții Drosophila au fost hrăniți cu 28 de diete cu șapte rapoarte proteină-carbohidrați la patru concentrații calorice. În raportul respectiv, durata de viață a fost maximizată de un aport relativ scăzut de proteine ​​la carbohidrați (1:16), indiferent de aportul caloric, fecunditatea a fost maximizată la un raport mai mare de proteine ​​la carbohidrați (1: 2), iar condiția fizică a fost cea mai mare la un aport intermediar de proteine-glucide (1: 4).

Materiale și metode

Cresterea mustei si designul geometriei nutritive

Muștele înmulțite din stocul Yw R au fost menținute și crescute la 25 ° C, 40% umiditate relativă și 12h ciclu lumină/întuneric. Muștele au fost crescute pe dietă pe bază de agar cu făină de porumb (5,2%), zaharoză (11,0%), drojdie autolizată (2,5%; marca SAF) și agar (0,79%) (greutate/volum în 100 ml apă) cu 0,2% Tegosept metil4 -hidroxibenzoat, Sigma, St Louis, MO, SUA) ca agent antifungic. După eclosion, muștele au fost împerecheate timp de două zile, după care femelele au fost separate și plasate pe o serie de 28 de diete (ziua 0) (Tabelul 1). Aceste diete au folosit raporturile și conținutul energetic, așa cum au fost raportate de Lee și colab. [24], dar aici substanțele nutritive au fost furnizate în medii solide pe bază de agar, mai degrabă decât în ​​alimente lichide. Extractul de drojdie (MP Biomedical) și zaharoza au fost combinate cu agar (0,79%) în cantitățile detaliate în tabelul 1. Zece femele au fost introduse în fiecare flacon, trei flacoane pe dietă. Muștele au fost transferate în flacoane noi în ziua 2 și în ziua 4. Cele trei replici biologice au fost reunite în ziua 5 și muștele au fost omogenizate în reactiv Trizol folosind un TissueLyser (Qiagen). Expresia genică din probele biologice combinate este estimată ca medie a expresiei genice a probelor biologice separate, în conformitate cu presupunerea de mediere biologică [27,28].