Харчові геометричні профілі експресії інсуліну/IGF у Drosophila melanogaster

Афілійований відділ молекулярної біології, клітинної біології та біохімії, Провіденс, РІ, Університет Брауна, Сполучені Штати Америки

Відділ молекулярної біології, клітинної біології та біохімії, Провіденс, РІ, Університет Брауна, Сполучені Штати Америки, Департамент екології та еволюційної біології, Провіденс, РІ, Університет Брауна, Сполучені Штати Америки

Цифри

Анотація

Цитування: Post S, Tatar M (2016) Харчові геометричні профілі експресії інсуліну/IGF у Drosophila melanogaster. PLoS ONE 11 (5): e0155628. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0155628

Редактор: Кюнг-Цзінь Мінь, Університет Інха, РЕСПУБЛІКА КОРЕЯ

Отримано: 22 грудня 2015 р .; Прийнято: 1 травня 2016 р .; Опубліковано: 12 травня 2016 р

Наявність даних: Усі відповідні дані знаходяться в газеті та в допоміжних файлах.

Фінансування: Автори не отримали конкретного фінансування для цієї роботи.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Сигналізація про інсулін/інсуліноподібний фактор росту (IIS) у плодової мухи Drosophila melanogaster опосередковується вісьмома інсуліноподібними пептидами Drosophila (dilps), які сигналізують через загальний тирозинкіназний рецептор INR (рецептор інсуліну/IGF). Dilps та InR гомологічні інсуліну, інсуліноподібному фактору росту та їх відповідним рецепторам у ссавців [1]. МІН, що активується лігандами, взаємодіє із субстратом IRS рецептора інсуліну (chico, гомолог IRS1-4 людини), ініціюючи канонічну сигналізацію PI3K та Akt, а згодом пригнічуючи фактор транскрипції форххеда dFOXO [2]. Вісім розрядів різним чином виражаються протягом життєвого циклу, розвитку та тканин [1,3]. Посланні РНК dilp1, dilp2, dilp3 і dilp5 переважно експресуються в медіанних нейросекреторних клітинах (MNC; клітини, що продукують інсулін, IPC) мозку дорослого. МРНК Dilp5 також виробляється у фолікулах дорослих яєчників та ниркових канальцях, тоді як dilp3 експресується в середній кишці [1,4,5]. МРНК Dilp6 виробляється в жировому тілі дорослих та личинок, тканині з жировою та печінкоподібною функціями [6,7]. Dilp4 виражається в мезодермі ембріона [3]. Dilp7 експресується в центральній нервовій системі личинок і дорослих [3], а dilp8 спостерігався під час розвитку лялечки [8,9].

Мутантні мухи для певних локусів розрідження використовувались для вивчення їх росту та метаболічних функцій, хоча інтерпретація результатів ускладнюється компенсаторним збільшенням або зменшенням різних розмивань при мутації одного локусу. Визначено, що пептид DILP2 модулює вуглеводи, що циркулюють, оскільки мутанти dilp2 мають підвищений рівень гемолімфного цукру [10]. Подібний фенотип був зареєстрований від мух, де МНК аблятували, а врятування згодом було досягнуто екзогенною експресією dilp2 [11]. Dilp2 особливо пов'язаний з регулюванням довголіття. МРНК і пептид Dilp2 зменшуються в генетичних маніпуляціях, що подовжують тривалість життя дорослих [7,12], а тривалість життя - у дорослих мутантів dilp2 [10]. Чи безпосередньо dilp2 контролює ці фенотипи, залишається дещо невизначеним, оскільки мутація dilp2 одночасно збільшує експресію dilp3 та dilp5 [10,13]. Мутантні мухи, яким не вистачає dilp2, dilp3 і dilp5, разом упереджують цей компенсаторний вираз: мутанти гомозигот більше не демонструють тривалого терміну життя, хоча гетерозиготні тварини трохи довгоживуть [10].

Функції dilp6 з'ясовані шляхом аналізу мутантів та з надмірною експресією. Dilp6 має вирішальне значення для розвитку личинок і реагує на гормон дозрівання екдизон [14]. Нульові мутанти Dilp6 мають дещо підвищений рівень ліпідів, що свідчить про те, що dilp6 контролює зберігання та використання ліпідів [10]. У дорослих надмірне вираження dilp6 продовжує тривалість життя та збільшує жир та глікоген [7]. Однак чи ці ефекти безпосередньо спричинені dilp6, невідомо, оскільки вироблення MSC dilp2 та dilp5 зменшується, коли dilp6 надмірно експресується в жирових тілах [7].

З огляду на складну компенсаторну експресію серед дилпсів при мутації, тут ми намагалися зрозуміти, як ці пептиди експресуються у фізіологічному контексті тварин дикого типу, що харчуються різними дієтами. У ранніх звітах голодування зменшувало личинки dilp3 та dilp5, але не dilp2 [15]. З личинками та дорослими людьми вміст dilp5, але не dilp2, зменшувався, коли тварини утримувались на дріжджових або розведених з усіма компонентами дієтах [16–18]. З іншого боку, голодування збільшувало експресію dilp6 у личинок та дорослих, тоді як dilp2 та dilp5 зменшувались або не змінювались [6,7]. Разом із цими спостереженнями випливає, що дилпи однозначно опосередковують різні метаболічні ролі: метаболізм глюкози за допомогою dilp2, зберігання ліпідів за допомогою dilp6, метаболізм ліпідів за допомогою dilp3 та відповідь на білок за допомогою dilp5 [19].

Щоб дослідити цю перспективу, ми виміряли всі розбавлені мРНК у дорослих, які харчувалися дієтами, які змінювались відношенням білка до вуглеводів на чотирьох рівнях калорійності. Ця конструкція слідує аналітичному підходу Геометричної раціональної системи харчування, щоб відокремити вплив поживного складу від калорійності на безперервні ознаки [20–23]. Зокрема, ми застосували дієтичний режим Lee et al. [24] де дорослих дрозофіл годували 28 дієтами із семи співвідношень білків до вуглеводів при чотирьох калорійних концентраціях. У цьому звіті тривалість життя була максимізована порівняно низьким споживанням білка до вуглеводів (1:16) незалежно від споживання калорій, плодючість була максимізована за рахунок більш високого споживання відношення білка до вуглеводів (1: 2), а фізична форма була найбільшою при проміжному споживанні білка з вуглеводами (1: 4).

Матеріали і методи

Муховодство та дизайн поживної геометрії

Безпородних мух поголів’я yw R підтримували і вирощували при 25 ° C, відносній вологості 40% та циклічному світлі/темряві 12 годин. Мух вирощували на дієті на основі агару з кукурудзяною мукою (5,2%), сахарозою (11,0%), автолізованими дріжджами (2,5%; марка SAF) та агаром (0,79%) (мас./Об. У 100 мл води) з 0,2% Тегосептом ( метил4-гідроксибензоат, Sigma, Сент-Луїс, Міссурі, США) як протигрибковий засіб. Після еклозії мухи спаровувались протягом двох днів, після чого самок відокремлювали і поміщали на серію з 28 дієт (день 0) (Таблиця 1). Ці дієти використовували співвідношення та енергійний вміст, як повідомляють Lee et al. [24], але тут поживні речовини надходили у твердих середовищах на основі агару, а не в рідкій їжі. Дріжджовий екстракт (MP Biomedical) та сахарозу поєднували з агаром (0,79%) у кількостях, наведених у Таблиці 1. У кожен флакон поміщали по десять самок, по три флакони на дієту. Мух переносили у нові флакони на день 2 та день 4. Три біологічні копії об’єднували на день 5 і мухи гомогенізували в реагенті Trizol за допомогою TissueLyser (Qiagen). Експресія генів із об’єднаних біологічних зразків оцінюється як середня експресія генів окремих біологічних зразків, згідно з припущенням про біологічне усереднення [27,28].