Een insuline-onderdrukkend eiwit kan de bron van jeugd voor mieren zijn en geeft aanwijzingen over veroudering bij andere soorten, volgens een onderzoek onder leiding van onderzoekers van de New York University.

Gepubliceerd in Wetenschap , toont de studie aan dat koninginnenmieren een hoog metabolisme voor reproductie vertonen zonder veroudering te ondergaan door een anti-insuline-eiwit te genereren dat slechts een deel van de insulineroute blokkeert die verantwoordelijk is voor veroudering.

Bij veel dieren is het hebben van veel nakomelingen gekoppeld aan een kortere levensduur. Men denkt dat deze wisselwerking tussen vruchtbaarheid en levensduur bij dieren het gevolg is van de manier waarop voedings- en stofwisselingsbronnen worden toegewezen.

Insuline, een hormoon dat helpt om voedsel om te zetten in energie, speelt een belangrijke rol bij de stofwisseling, maar ook bij veroudering. Het produceren van eieren is energie-intensief en vereist extra voedsel, wat het insulinegehalte verhoogt, maar een verhoogde activiteit van de insulineroute die nodig is voor reproductie leidt bij de meeste dieren tot een kortere levensduur. Daarentegen verlengt dieetbeperking het leven door het insulinegehalte laag te houden; in feite onderzoeken andere onderzoekers of vasten de levensduur verbetert.

Mieren vormen een opmerkelijke uitzondering op de wisselwerking tussen reproductie en levensduur, aangezien hun koninginnen - die verantwoordelijk zijn voor de reproductie van de hele kolonie - veel langer leven dan werkmieren terwijl ze hetzelfde genoom delen. In een soort als de zwarte tuinmier kan een koningin een miljoen eieren leggen en 30 jaar leven, terwijl haar steriele werkzusters maar een jaar leven. In Harpegnathos saltator-mieren, een soort springende mieren afkomstig uit India die de focus van dit onderzoek was, leven koninginnen doorgaans vijf jaar, terwijl werksters slechts zeven maanden leven.

Wanneer de Harpegnathos-koningin sterft in een kolonie, gebeurt er een merkwaardige gebeurtenis:vrouwelijke werkmieren duelleren met elkaar met hun antennes en strijden om de volgende koningin te worden. De winnaars van het duel veranderen van "kaste" in de mierengemeenschap en worden pseudokoninginnen, ook bekend als gamergates, terwijl ze nog steeds in het (kleinere) lichaam van een arbeider blijven. Pseudoqueens vertonen koninginachtig gedrag, waaronder het leggen van eieren, en hun levensverwachting neemt aanzienlijk toe van zeven maanden tot vier jaar. Maar als ze worden vervangen door een andere koningin, keren ze terug naar hun werkstatus, stoppen ze met het leggen van eieren en wordt hun levensduur teruggebracht tot zeven maanden.

"Door een omkeerbare 'kaste-switching' te ondergaan van arbeiders naar pseudokoninginnen, wat resulteert in een dramatische toename van zowel hun levensduur als hun vermogen om zich voort te planten, bieden Harpegnathos-mieren een unieke kans om te bestuderen hoe veroudering en reproductie kunnen worden losgekoppeld", zei de co-senior van het onderzoek. auteur Claude Desplan, Silver Professor of Biology and Neural Science aan de NYU.

Met behulp van bulk-RNA-sequencing bestudeerden de onderzoekers weefselmonsters van zowel arbeiders als pseudoqueens, waarbij ze zich concentreerden op delen van de mier die betrokken zijn bij het metabolisme en de voortplanting, waaronder de hersenen, het vetlichaam (de lever van insecten) en de eierstokken. Ze ontdekten dat de mieren die overstapten van werkster naar pseudokoningin meer insuline in hun hersenen produceren om eieren te produceren. Deze verhoogde insuline resulteert in de activering van een van de twee hoofdtakken van de insulinesignaleringsroute, MAPK, die het metabolisme en de eivorming regelt.

De verhoogde insuline bij pseudoqueens induceert de ontwikkeling van de eierstokken, die dan een insulineonderdrukkend eiwit begint te produceren dat Imp-L2 wordt genoemd. Imp-L2 blokkeert de signalering in de andere hoofdtak van de insulinesignaleringsroute, AKT, die veroudering regelt en waarvan de verhoogde activiteit leidt tot een kortere levensduur.

"De twee hoofdtakken van de insulinesignaleringsroute lijken de vruchtbaarheid en levensduur differentieel te reguleren, met een verhoogde signalering in de ene die de voortplanting bij pseudoqueens bevordert en een verminderde signalering in de andere in overeenstemming met hun langere levensduur," zei de co-senior auteur Danny Reinberg van het onderzoek, de Terry en Mel Karmazin hoogleraar biochemie en moleculaire farmacologie aan de NYU Grossman School of Medicine en een onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute.

"Dit samenspel, dat zich ontwikkelde bij mieren en misschien bij andere insecten, kan bijdragen aan de ongewone levensduur en vele nakomelingen bij het reproduceren van mieren", zegt Hua Yan, de co-eerste auteur van de studie en een voormalig postdoctoraal onderzoeker aan de NYU Grossman School of Medicine, die nu assistent-professor biologie is aan de Universiteit van Florida.

"Ons werk illustreert ook het belang van het gebruik van de juiste modelsystemen om vragen te stellen over essentiële biologische vragen. De meeste manipulaties van de levensduur bij dieren zoals muizen of vliegen verlengen bijvoorbeeld hun levensduur met 10 tot 20 procent. Mieren vertonen een opmerkelijke 500 procent toename van de levensduur, waardoor het bestuderen ervan veel krachtiger wordt, "voegde Desplan toe.

Andere auteurs van het onderzoek zijn Comzit Opachaloemphan, Francisco Carmona-Aldana, Giacomo Mancini, Jakub Mlejnek, Nicolas Descostes, Bogdan Sieriebriennikov, Alexandra Leibholz, Long Ding en Maria Traficante van NYU, en Xiaofan Zhou van de South China Agricultural University. + Verder verkennen

In duelleren met mieren die strijden om koningin, bepalen gedrags- en moleculaire aanwijzingen snel wie er zal winnen