Anti-Insulin-Protein im Zusammenhang mit Langlebigkeit und Reproduktion bei Ameisen

Laut einer von Forschern der New York University geleiteten Studie könnte ein insulinunterdrückendes Protein der Jungbrunnen für Ameisen sein und Hinweise auf das Altern anderer Arten geben.

Veröffentlicht in Wissenschaftzeigt die Studie, dass Ameisenköniginnen einen hohen Stoffwechsel zur Fortpflanzung aufweisen, ohne zu altern, indem sie ein Anti-Insulin-Protein erzeugen, das nur einen Teil des Insulinwegs blockiert, der für das Altern verantwortlich ist.

Bei vielen Tieren ist es mit einer kürzeren Lebensdauer verbunden, viele Nachkommen zu haben. Es wird angenommen, dass dieser Kompromiss zwischen Fruchtbarkeit und Langlebigkeit bei Tieren daraus resultiert, wie Nahrungs- und Stoffwechselressourcen zugewiesen werden.

Insulin – ein Hormon, das dabei hilft, Nahrung in Energie umzuwandeln – spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel, aber auch beim Altern. Die Produktion von Eiern ist energieintensiv und erfordert zusätzliche Nahrung, was den Insulinspiegel erhöht, aber eine erhöhte Aktivität des für die Fortpflanzung erforderlichen Insulinwegs führt bei den meisten Tieren zu einer kürzeren Lebensdauer. Im Gegensatz dazu verlängert eine Ernährungseinschränkung das Leben, indem sie den Insulinspiegel niedrig hält; tatsächlich erforschen andere Forscher ob Fasten die Langlebigkeit verbessert.

Ameisen sind eine bemerkenswerte Ausnahme im Kompromiss zwischen Fortpflanzung und Langlebigkeit, da ihre Königinnen – die für die Fortpflanzung der gesamten Kolonie verantwortlich sind – viel länger leben als Arbeiterameisen, obwohl sie dasselbe Genom teilen. Bei einer Art wie der Schwarzen Gartenameise kann eine Königin eine Million Eier legen und 30 Jahre leben, während ihre unfruchtbaren Arbeiterschwestern nur ein Jahr leben. Bei Harpegnathos-Salztorameisen, einer in Indien beheimateten Springameisenart, die im Mittelpunkt dieser Studie stand, leben Königinnen normalerweise fünf Jahre, während Arbeiterinnen nur sieben Monate leben.

Als die Harpegnathos-Königin in einer Kolonie stirbt, ereignet sich ein merkwürdiges Ereignis: Arbeiterinnen duellieren sich mit ihren Fühlern und wetteifern darum, die nächste Königin zu werden. Die Duellsieger wechseln in der Ameisengesellschaft die „Kaste“ und werden zu Pseudoköniginnen, auch Gamergates genannt, bleiben aber dennoch im (kleineren) Körper einer Arbeiterin. Pseudoköniginnen entwickeln königinnenähnliche Verhaltensweisen, einschließlich der Eiablage, und ihre Lebenserwartung steigt erheblich von sieben Monaten auf vier Jahre. Wenn sie jedoch durch eine andere Königin ersetzt werden, kehren sie in ihren Arbeiterstatus zurück, legen keine Eier mehr und ihre Lebensdauer verkürzt sich auf sieben Monate.

„Durch den reversiblen ‚Kastenwechsel‘ von Arbeiterinnen zu Pseudoköniginnen, der zu einer dramatischen Verlängerung sowohl ihrer Lebensdauer als auch ihrer Fortpflanzungsfähigkeit führt, bieten Harpegnathos-Ameisen eine einzigartige Gelegenheit zu untersuchen, wie Alterung und Fortpflanzung voneinander getrennt werden können“, sagte der Co-Senior der Studie Autor Claude Desplan, Silberprofessor für Biologie und Neurowissenschaften an der NYU.

Unter Verwendung von Bulk-RNA-Sequenzierung untersuchten die Forscher Gewebeproben von Arbeiterinnen und Pseudoköniginnen, wobei sie sich auf Teile der Ameise konzentrierten, die am Stoffwechsel und der Fortpflanzung beteiligt sind, darunter das Gehirn, der Fettkörper (die Leber von Insekten) und die Eierstöcke. Sie fanden heraus, dass die Ameisen, die von der Arbeiterin zur Pseudokönigin gewechselt sind, mehr Insulin in ihrem Gehirn produzieren, um Eier zu produzieren. Dieses erhöhte Insulin führt zur Aktivierung eines der beiden Hauptzweige des Insulin-Signalwegs, MAPK, der den Stoffwechsel und die Eibildung steuert.

Das erhöhte Insulin bei Pseudoköniginnen induziert die Entwicklung der Eierstöcke, die dann mit der Produktion eines insulinunterdrückenden Proteins namens Imp-L2 beginnt. Imp-L2 blockiert die Signalübertragung im anderen Hauptzweig des Insulin-Signalwegs, AKT, der das Altern steuert und dessen erhöhte Aktivität zu einer kürzeren Lebensdauer führt.

„Die beiden Hauptzweige des Insulinsignalwegs scheinen die Fruchtbarkeit und die Lebensdauer unterschiedlich zu regulieren, wobei eine verstärkte Signalübertragung in einem die Fortpflanzung bei Pseudoköniginnen unterstützt und eine verringerte Signalübertragung im anderen im Einklang mit ihrer verlängerten Langlebigkeit steht“, sagte der Co-Senior-Autor der Studie, Danny Reinberg. Terry and Mel Karmazin Professor für Biochemie und Molekulare Pharmakologie an der NYU Grossman School of Medicine und Forscher am Howard Hughes Medical Institute.

„Dieses Zusammenspiel, das sich bei Ameisen und vielleicht auch bei anderen Insekten entwickelt hat, könnte zu der ungewöhnlichen Langlebigkeit und vielen Nachkommen bei der Reproduktion von Ameisen beitragen“, sagte Hua Yan, Co-Erstautor der Studie und ehemaliger Postdoktorand an der NYU Grossman School of Medicine. der jetzt Assistenzprofessor für Biologie an der University of Florida ist.

„Unsere Arbeit zeigt auch, wie wichtig es ist, die geeigneten Modellsysteme zu verwenden, um Fragen zu wesentlichen biologischen Fragen zu stellen. Beispielsweise verlängern die meisten Manipulationen der Langlebigkeit bei Tieren wie Mäusen oder Fliegen normalerweise ihre Lebensdauer um 10 bis 20 Prozent. Ameisen weisen bemerkenswerte 500 Prozent auf längere Lebensdauer, wodurch das Studium viel effektiver wird“, fügte Desplan hinzu.

Weitere Studienautoren sind Comzit Opachaloemphan, Francisco Carmona-Aldana, Giacomo Mancini, Jakub Mlejnek, Nicolas Descostes, Bogdan Sieriebriennikov, Alexandra Leibholz, Long Ding und Maria Traficante von der NYU sowie Xiaofan Zhou von der South China Agricultural University.