Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Транскрипционный фактор dFOXO регулирует экспрессию генов инсулинового сигнального каскада и содержание липидов при тепловом стрессе у Drosophila melanogaster

https://doi.org/10.18699/VJ21.053

Аннотация

Одним из основных элементов ответа организма на неблагоприятные условия является с нальный каскад инсулина/инсулиноподобных факторов роста (И/ИФР). Благодаря глубокой гомологии этого каскада и эволюционной консервативности его роли в регуляции углеводно-жирового метаболизма, возможно использование модельного объекта Drosophila melanogaster для изучения механизмов его функционирования. Для определения особенностей взаимодействия двух ключевых компонентов каскада И/ИФР у D. melanogaster – транскрипционного фактора dFOXO и инсулиноподобного пептида DILP6, «посредника» в передаче сигнала от dFOXO в жировом теле к инсулин-продуцирующим клеткам мозга (месту синтеза DILPs1–5), в условиях теплового стресса мы провели анализ экспрессии генов dilp6, dfoxo и гена инсулиноподобного рецептора (dInR) у самок линий, несущих гипоморфную мутацию dilp641 и гипофункциональную мутацию foxoBG01018. Обнаружено, что обе мутации не оказывали влияния на экспрессию dfoxo и ее повышение при кратковременном тепловом стрессе, однако нарушали ответ на стресс генов dilp6 и dInR. Для выявления роли обнаруженных нарушений в контроле метаболизма и метаболического поведения мы проанализировали влияние мутаций dilp641 и foxoBG01018 на содержание общих липидов и интенсивность капиллярного питания имаго в нормальных условиях и при кратковременном тепловом стрессе. Обе мутации приводили к усилению данных признаков в нормальных условиях и препятствовали снижению содержания общих липидов после стресса, наблюдаемому у контрольной линии. Интенсивность питания была повышена у мутантов в нормальных условиях и снижалась после кратковременного теплового стресса у всех изученных линий в течение первых суток наблюдения, а у линии dilp641 – в течение двух суток. Таким образом, можно заключить, что dFOXO принимает участие в регуляции как ответа сигнального каскада И/ИФР на тепловой стресс, так и вызываемых тепловым стрессом изменений в содержании липидов, причем эта регуляция опосредуется DILP6. В то же время метаболическое поведение имаго, по-видимому, регулируется dFOXO и DILP6 в нормальных условиях, но не при тепловом стрессе.

Об авторах

М. А. Еремина
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



П. Н. Меньшанов
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный технический университет
Россия

Новосибирск



О. Д. Шишкина
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



Н. Е. Грунтенко
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



Список литературы

1. Álvarez-Rendón J.P., Salceda R., Riesgo-Escovar J.R. Drosophila melanogaster as a model for diabetes type 2 progression. Biomed. Res. Int. 2018;2018:1417528. DOI 10.1155/2018/1417528.

2. Andreenkova O.V., Eremina M.A., Gruntenko N.E., Rauschenbach I.Y. Effect of heat stress on expression of DILP2 and DILP3 insulin-like peptide genes in Drosophila melanogaster adults. Russ. J. Genet. 2018;54(3):363-365. DOI 10.1134/S102279541803002X.

3. Andreenkova O.V., Rauschenbach I.Y., Gruntenko N.E. Hypomorphic mutation of the dilp6 gene increases DILP3 expression in insulinproducing cells of Drosophila melanogaster. Russ. J. Genet. 2017; 53(10):1159-1161. DOI 10.1134/S1022795417080026.

4. Arrese E.L., Soulages J.L. Insect fat body: energy, metabolism, and regulation. Annu. Rev. Entomol. 2010;55:207-225. DOI 10.1146/annurev-ento-112408-085356.

5. Bai H., Kang P., Tatar M. Drosophila insulin-like peptide-6 (dilp6 ) expression from fat body extends lifespan and represses secretion of Drosophila insulin-like peptide-2 from the brain. Aging Cell. 2012;11(6):978-985. DOI 10.1111/acel.12000.

6. Dionne M.S., Pham L.N., Shirasu-Hiza M., Schneider D.S. Akt and foxo dysregulation contribute to infection-induced wasting in Drosophila. Curr. Biol. 2006;16(20):1977-1985. DOI 10.1016/j.cub.2006.08.052.

7. Eremina M.A., Gruntenko N.E. Adaptation of the sulfophosphovanillin method of analysis of total lipids for various biological objects as exemplified by Drosophila melanogaster. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020; 24(4):441-445. DOI 10.18699/VJ20.636. (in Russian)

8. Eremina M.A., Karpova E.K., Rauschenbach I.Yu., Pirozhkova D.S., Andreenkova O.V., Gruntenko N.E. Mutations in the insulin signaling pathway genes affect carbohydrate level under heat stress in Drosophila melanogaster females. Russ. J. Genet. 2019; 55(4):519-521. DOI 10.1134/S1022795419030050.

9. Even N., Devaud J.M., Barron A.B. General stress responses in the honey bee insects. Insects. 2012;3(4):1271-1298. DOI 10.3390/insects3041271.

10. Garbuz D.G., Evgen’ev M.B. The evolution of heat shock genes and expression patterns of heat shock proteins in the species from temperature contrasting habitats. Russ. J. Genet. 2017;53(1):21-38. DOI 10.1134/S1022795417010069.

11. Gontijo A.M., Garelli A. The biology and evolution of the Dilp8-Lgr3 pathway: a relaxin-like pathway coupling tissue growth and developmental timing control. Mech. Dev. 2018;154:44-50. DOI 10.1016/j.mod.2018.04.005.

12. Gruntenko N.E. Stress and Reproduction of Insects: Hormonal Control. Novosibirsk; Moscow: KMK Publ., 2008. (in Russian)

13. Gruntenko N.E., Adonyeva N.V., Burdina E.V., Karpova E.K., Andreenkova O.V., Gladkikh D.V., Ilinsky Y.Y., Rauschenbach I.Yu. The impact of FOXO on dopamine and octopamine metabolism in Drosophila under normal and heat stress conditions. Biol. Open. 2016; 5(11):1706-1711. DOI 10.1242/bio.022038.

14. Gruntenko N.E., Rauschenbach I.Yu. The role of insulin signalling in the endocrine stress response in Drosophila melanogaster: a minireview. Gen. Comp. Endocrinol. 2018;258:134-139. DOI 10.1016/j.ygcen.2017.05.019.

15. Guio L., Barron M.G., Gonzalez J. The transposable element BariJheh mediates oxidative stress response in Drosophila. Mol. Ecol. 2014;23:2020-2030.

16. Hwangbo D.S., Gershman B., Tu M.P., Palmer M., Tatar M. Drosophila dFOXO controls lifespan and regulates insulin signalling in brain and fat body. Nature. 2004;429(6991):562-566. DOI 10.1038/nature02549.

17. Ja W.W., Carvalho G.B., Mak E.M., de la Rosa N.N., Fang A.Y., Liong J.C., Brummel T., Benzer S. Prandiology of Drosophila and the CAFE assay. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007;104(20):8253-8256.10.1073/pnas.0702726104.

18. Jünger M.A., Rintelen F., Stocker H., Wasserman J.D., Végh M., Radimerski T., Greenberg M.E., Hafen E. The Drosophila forkhead transcription factor FOXO mediates the reduction in cell number associated with reduced insulin signaling. J. Biol. Chem. 2003;2(3):20. DOI 10.1186/1475-4924-2-20.

19. Kaluev A.V. Problems of Studying Stressful Behavior, Kiev: KSF Publ., 1999. (in Russian)

20. Koyama T., Texada M.J., Halberg K.A., Rewitz K. Metabolism and growth adaptation to environmental conditions in Drosophila. Cell. Mol. Life Sci. 2020;77:4523-4551.

21. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods. 2001;25(4):402-408. DOI 10.1006/meth.2001.1262.

22. Lubawy J., Urbanski A., Colinet H., Pfluger H.-J., Marciniak P. Role of the insect neuroendocrine system in the response to cold stress. Front. Physiol. 2020;11:376. DOI 10.3389/fphys.2020.00376.

23. Mattila J., Hietakangas V. Regulation of carbohydrate energy metabolism in Drosophila melanogaster. Genetics. 2017;207(4):1231-1253. DOI 10.1534/genetics.117.199885.

24. Miyashita A., Adamo S.A. Stayin’ alive: Endocrinological stress responses in insects. In: Saleuddin S., Lange A., Orchard I. (Eds.). Advances in Invertebrate Endocrinology. Toronto: Apple Acad. Press, 2020;283-325.

25. Murillo-Maldonado J.M., Sánchez-Chávez G., Salgado L.M., Salceda R., Riesgo-Escovar J.R. Drosophila insulin pathway mutants affect visual physiology and brain function besides growth, lipid, and carbohydrate metabolism. Diabetes. 2011;60(5):1632-1636. DOI 10.2337/db10-1288.

26. Okamoto N., Nakamori R., Murai T., Yamauchi Y., Masuda A., Nishimura T. A secreted decoy of InR antagonizes insulin/IGF signaling to restrict body growth in Drosophila. Genes Dev. 2013;27(1):87-97. DOI 10.1101/gad.204479.112.

27. Ponton F., Chapuis M.-P., Pernice M., Sword G.A., Simpson S.J. Evaluation of potential reference genes for reverse transcriptionqPCR studies of physiological responses in Drosophila melanogaster. J. Insect Physiol. 2011;57:840-850. DOI 10.1016/j.jinsphys.2011.03.014.

28. Puig O., Marr M.T., Ruhf M.L., Tjian R. Control of cell number by Drosophila FOXO: downstream and feedback regulation of the insulin receptor pathway. Genes Dev. 2003;17(16):2006-2020. DOI 10.1101/gad.1098703.

29. Rabasa C., Dickson S.L. Impact of stress on metabolism and energy balance. Curr. Opin. Behav. Sci. 2016;9:71-77. DOI 10.1016/j.cobeha.2016.01.011.

30. Rauschenbach I.Y., Karpova E.K., Burdina E.V., Adonyeva N.V., Bykov R.A., Ilinsky Y.Y., Menshanov P.N., Gruntenko N.E. Insulin-like peptide DILP6 regulates juvenile hormone and dopamine metabolism in Drosophila females. Gen. Comp. Endocrinol. 2017; 243:1-9. DOI 10.1016/j.ygcen.2016.11.004.

31. Slack C., Giannakou M.E., Foley A., Goss M., Partridge L. dFOXO-independent effects of reduced insulin-like signaling in Drosophila Aging Cell. 2011;10(5):735-748. DOI 10.1111/j.1474-9726.2011.00707.x.

32. Slaidina M., Delanoue R., Grönke S., Partridge L., Leopold P. A Drosophila insulin-like peptide promotes growth during nonfeeding states. Dev. Cell. 2009;17(6):874-884. DOI 10.1016/j.devcel.2009.10.009.

33. Van Handel E. Rapid determination of total lipids in mosquitoes. J. Am. Mosq. Control Assoc. 1985;1:302-304.

34. Williams M.J., Wang Yi., Klockars A., Lind P.M., Fredriksson R., Schiöth H.B. Exposure to bisphenol A affects lipid metabolism in Drosophila melanogaster. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 2014; 114(5):414-420. DOI 10.1111/bcpt.12170.


Рецензия

Просмотров: 671


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-3259 (Online)