Genen en hersencentra die maaltijdgrootte regelen in geïdentificeerde vliegen


Genen en hersencentra die maaltijdgrootte regelen in geïdentificeerde vliegen

Biologen van het CaliforniëInstituut voor Technologie (Caltech) en Yale University hebben twee genen geïdentificeerd, het leucokinine neuropeptide en de leucokinine receptor, die lijken op maaltijdgroottes en frequentie in fruitvliegen. Beide genen hebben zoogdieren tegenhangers die lijken op een soortgelijke rol in voedselopname, wat aangeeft dat de stappen die de maaltijdgrootte en de maaltijdfrequentie regelen niet alleen gedragsmatig zijn, maar ook door dezelfde genen in het dierenrijk geregeld worden.

Een document waarin het werk wordt beschreven, verschijnt in het 8 juni nummer van het tijdschrift Huidige Biologie.

Bij dieren is de inname van voedsel geregeld om het lichaamsgewicht constant te houden over een lange periode. De meeste dieren consumeren voedsel in discrete uitbuiting - dat wil zeggen in maaltijden. "Het identificeren van de genen en moleculen die maaltijdgerelateerde parameters regelen is essentieel om de relaties tussen lichaamsgewicht en calorie-inname te begrijpen," zegt Bader Al-Anzi, onderzoekswetenschapper bij Caltech en de voornaamste auteur van de Huidige Biologie studie.

Bij hongerige dieren worden maaltijdgrootte en frequentie geregeld in drie fasen. In de eerste fase begint de geur en de smaak van voedsel te voeden. Zodra een maaltijd is begonnen, verzekeren andere factoren dat de voeding gedurende bepaalde tijdsduur zal voortzetten (die de tweede fase vertegenwoordigt). In de laatste fase wordt de voeding beëindigd - meestal wanneer de hoeveelheid buikversterking een bepaalde drempel overschrijdt. De drie fasen van voedingsgedrag zijn waargenomen bij dieren die variëren van zoogdieren tot insecten. Wat echter onbekend was, was of gelijkenissen in gedrag eigenlijk een evolutionair geconserveerd proces weerspiegelden dat soortgelijke genen en moleculen over dierlijke soorten gebruikte.

Om deze vraag te beantwoorden, ontwikkelde Al-Anzi en zijn collega's een test om voedingsgedrag in de gemeenschappelijke vruchtvlieg, Drosophila melanogaster, te onderzoeken. In deze test werden genetisch normale vliegen voor één dag verhongerd en vervolgens overgebracht in een flesje die suikermeel bevat, gemengd met rode voedselverf. Zodoende werden de vliegen verzadigd tijdens hun blootstelling aan rood eten, en hun kleine buik bleek rood.

Vervolgens hebben de onderzoekers hetzelfde experiment uitgevoerd met behulp van mutante vliegstammen. "Onze hoop," zegt Al-Anzi, "was dat vliegen mutaties bevatten in genen die betrokken zijn bij maaltijdregulatie, die vliegen zouden overvloedige hoeveelheden rood eten eten, ze zichtbaar maken Opgeblazen met rode buikspieren."

Twee mutante vliegstammen produceerden opmerkelijke resultaten. Eén stam bevatte een mutatie in het gen dat codeert voor het leucokinine-neuropeptide (een peptide dat aanvankelijk is geïdentificeerd voor het vermogen om samentrekking van het insectengebruik te veroorzaken) en de tweede stam bevatte gemuteerde versies van de receptor die aan leucokinine bindt. In de analyse hebben beide soorten vliegmutanten zo'n overvloed gegeten dat ze zichtbaar opgeblazen werden, met hun gewassen - voedselopslagorganen - uitgebreid met roodgekleurd voedsel.

Verrassend zegt Al-Anzi, "hoewel deze vliegen op korte termijn meestal te veel eten, op lange termijn consumeren ze een soortgelijke hoeveelheid voedsel als normale vliegen. Dit komt grotendeels doordat ze compenseren voor de grote toename van Maaltijdgrootte door het aantal keren dat ze eten, te verminderen. " Terwijl mutante vliegen op een enkele dag vier of vijf grote maaltijden verbruikt, hebben normale vliegen zeven of acht kleine maaltijden gegeten.

In aanvullende experimenten bleek dat Al-Anzi en zijn collega's vonden dat hoewel het leucokinine-neuropeptide uitsluitend in de hersenen voorkomt, de leucokininreceptor wordt gevonden in neuronen in zowel de hersenen als de voorgrond - een gebied van de darm die rekreceptoren bevat die bekend zijn met Verantwoordelijk zijn voor het controleren van maaltijdgrootte in andere insecten. De onderzoekers vonden ook dat het invoeren van een normale kopie van het leucokinine neuropeptide of van het leucokinine receptor gen voor deze neuronen in hun overeenkomstige mutant vliegen volledig herstel normaal voedergedrag.

Bovendien, toen deze zelfde neuronen werden vernietigd in normale, niet-vliegende vliegen, begonnen de vliegen abnormaal grote maaltijden te consumeren, net als mutanten. "Dit bewijst dat we de juiste genen die verantwoordelijk zijn voor de vliegende bingeing en het vliegbreincentrum dat Regelt de maaltijdgrootte en de frequentie, "zegt Al-Anzi.

Deze resultaten suggereren dat bij normale vliegen de rekreceptoren signaleren naar de hersenen dat het tijd is om te stoppen met eten als de darm vol wordt. In vliegen waarin de leucokinine neuropeptide of leucokinine receptoren niet goed functioneren als gevolg van mutaties of de vernietiging van de hersencentra die de genen uitdrukken, wordt het "time to stop" signaal niet goed doorgestuurd, en de vliegen - onbewust dat hun Buikjes zijn vol - ga verder eten.

Beide leucokinine en zijn receptor zijn homoloog aan tachykininen - gewervelde pathogenen die bekend zijn om een ​​vermindering van de inname van voedsel te veroorzaken wanneer ze in de hersenen worden geïnjecteerd. Inderdaad, sommige tachykinine pathogenen worden uitgedrukt in of dicht bij zoogdierbreincentra die lichaamsgewicht en voedselinname regelen, waaronder een gebied die bekend staat als de gebogen kern. De opvatting dat een vliegtachykinine een soortgelijke rol speelt in voedsel-inname regulering geeft een evolutionair geconserveerde rol voor dit signaleringssysteem bij het beheersen van voedselinname.

"Ondanks onze uiteenlopende lichaamsvormen worden de functies van veel genen over het dierenrijk bewaard - ook in de vruchtvlieg," zegt Al-Anzi. Hierdoor zegt hij: "Als we weten wat een gegeven gen doet in een vlieg, is het waarschijnlijk dat zijn tegenhanger bij mensen een soortgelijke rol zou spelen. Maar," voegt hij toe, "ik was nog steeds verrast dat dit behoud even uitbreidt Naar gedragsverschijnselen zoals maaltijdregulatie. De vruchtvlieg is een krachtig modelorganisme voor het bestuderen van de genetische basis van veel biologische verschijnselen, en de evolutionair geconserveerde rol van de leucokinineweg in maatregeling geeft aan dat bij het innemen van voedsel, Kunnen we nu de genetische krachten van Drosophila verder uitbuiten om de moleculaire basis van voedselinvoeringsregulering bij mensen te begrijpen."

Het papier, "The Leukokinin Pathway en Its Neurons Reguleren Maaltijdgrootte in Drosophila," is het resultaat van onderzoek dat oorspronkelijk werd geleid door Caltech bioloog Seymour Benzer, een pionier in de studie van genen en gedrag. Kai Zinn, professor biologie in Caltech, vervolgde dit onderzoek met Al-Anzi na de dood van Benzer eind 2007. Naast Al-Anzi, Zinn en Benzer, zijn de andere auteurs op het huidige biologisch papier Caltech laboratorium assistent Elena Armand en Onderzoekstechnicus Viveca Sapin; Christopher Waters en Paul Nagami, vroeger van Caltech; En Margaret Olszewski en Robert J. Wyman van de Yale University. Het werk werd ondersteund door de National Institutes of Health en een subsidie ​​voor Life Sciences Resources Foundation van Bristol-Myers Squibb.

Bron: California Institute of Technology

Fetih 1453 - 1080p (Video Medische En Professionele 2024).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Anders