ГЕНЕТИКА, 2015, том 51, № 9, с. 1083-1086
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 577.171.22:591.25:595.77
ТРАНСКРИПЦИОННЫЙ ФАКТОР dFOXO РЕГУЛИРУЕТ МЕТАБОЛИЗМ ЮВЕНИЛЬНОГО ГОРМОНА У САМОК Drosophila melanogaster
© 2015 г. И. Ю. Раушенбах, Е. К. Карпова, Н. Е. Грунтенко
Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск 630090
e-mail: nataly@bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 30.09.2014 г.
Транскрипционный фактор dFOXO является компонентом сигнального пути инсулина/инсулино-подобных факторов роста дрозофилы. Ювенильный гормон негативно регулирует экспрессию гена dFOXO. В настоящей работе исследовано влияние гипоморфной мутации dFOXO на метаболизм ювенильного гормона в нормальных и стрессирующих условиях и устойчивость самок D. melanogaster к тепловому стрессу. Показано, что мутация dFOXO вызывает у самок D. melanogaster. 1) повышение уровня деградации ювенильного гормона и интенсивности ответа системы метаболизма ювенильного гормона на тепловой стресс и 2) снижение устойчивости к тепловому стрессу. Эти параметры являются индикаторами уровня синтеза ювенильного гормона и свидетельствуют о его снижении у самок со сниженной экспрессией dFOXO. Таким образом, впервые установлено наличие обратной связи в регуляции экспрессии гена dFOXO ювенильным гормоном.
DOI: 10.7868/S0016675815080081
Известно, что высококонсервативный сигнальный путь инсулина/инсулиноподобных факторов роста (И/ИФР) дрозофилы включает восемь инсулиноподобных пептидов (DILP1-8), транскрипционный фактор семейства Forkhead box class O (dFOXO), инсулиноподобный рецептор (InR) и гомолог субстрата инсулинового рецептора млекопитающих, CHICO [1, 2]. Обнаружено, что dFOXO является ключевым транскрипционным регулятором, который отвечает на ухудшение условий питания активацией экспрессии InR [3]. Увеличение концентрации InR в плазматической мембране, в свою очередь, приводит в "боевую готовность" клетки-мишени, сохраняя их в состоянии "ready to fire" [3].
Установлено, что ювенильный гормон (ЮГ), играющий у имаго насекомых гонадотропную роль и являющийся гормоном стресса, взаимодействует с компонентами сигнального пути И/ИФР [4—10]. Экспрессия InR была обнаружена в corpus allatum (CA) — железе, синтезирующей ЮГ [4]. Было показано in vitro, что мутация гена InR приводит к снижению продукции ЮГ у имаго дрозофилы [5, 6]. Обнаружено, что нокдаун гена InR в CA снижает уровень экспрессии фермента синтеза ЮГ, 3-гидрокси-3-метилглютарил CoA редуктазы [4], и повышает уровень деградации ЮГ [7] у самок D. melanogaster. In vitro продемонстрировано, что мутация гена chico в гомозиготном состоянии вызывает повышение синтеза ЮГ у молодых самок D. melanogaster [8]. Показано, что инъекция инсулина вызывает увеличение
синтеза ЮГ у самок D. melanogaster [9]. Недавно обнаружено, что ЮГ негативно влияет на активность сигнального пути И/ИФР: у личинок D. melanogaster с абляцией СА (т.е. с резко сниженным уровнем ЮГ) повышены экспрессия dFOXO и, как следствие, экспрессия InR [10].
В настоящей работе мы выясняем, существует ли обратная связь во взаимодействии ЮГ и dFOXO, для чего исследуем влияние гипоморфной мутации dFOXO на продукцию ЮГ у самок D. melanogaster.
В работе использованы две линии D. melanogaster: линия w1118; P{GT1}foxoBG01018 (FOXO) со сниженным уровнем экспрессии dFOXO и ее линия-предшественник w1118, используемая в качестве контроля (линии получены из сток-центра Блумингтон (Bloomington Drosophila Stock Center)). Мух выращивали при 25°С. Синхронизацию культур проводили по вылету имаго (собирали мух, вылетевших в течение 3—4 ч). Мух подвергали стрессу, помещая стаканы, в которых они содержались, на 2 ч в термостаты с температурой 38°С. Деградацию ЮГ измеряли радиометрическим методом, как описано ранее [11]. Стресс-реактивность рассчитывали как процент снижения уровня деградации ЮГ у каждой особи после стрессового воздействия по отношению к среднему значению в нормальных условиях. Достоверность результатов оценивали, используя t-крите-рий Стъюдента.
Измерение уровня продукции ЮГ в СА у дрозофилы возможно на личиночной стадии [11].
1083
8*
1084
РАУШЕНБАХ и др.
,3.5
3.0
; 2.5
я
и ^2.0
л
ч о
fS 1.5
» 1.0
ts
и
я
се
el 0.5 р
Í-C
о
ч „
□ Нормальные условия
□ Тепловой стресс
♦ ♦ ♦
-I-
40 35 и 30
25
ив20
ть
с о н в и
У
а е р15
I
с с е
£10
и
5
♦ ♦
FOXO
w1118
FOXO w1118
Рис. 1. Уровень деградации ЮГ (а) и интенсивность ответа системы метаболизма ЮГ (стресс-реактивность) (б) на тепловой стресс (38°С, 2 ч) у 1-суточных самок линий FOXO и w1118 D. melanogaster. Каждое значение — среднее из 15 измерений. Здесь и в подписи к рис. 2 значок ромб — достоверность отличий от самок линии FOXO, звездочка — достоверность различий между подвергнутыми тепловому стрессу и контрольными мухами одного генотипа.
а
0
Доступного метода его оценки in vivo у имаго дрозофилы пока не существует. Ранее мы показали, что у самок Drosophila индикаторами уровня синтеза ЮГ могут служить уровень его деградации и интенсивность ответа системы метаболизма ЮГ на действие стрессора (стресс-реактивность). Действительно, повышение/снижение синтеза ЮГ у самок Drosophila вызывает снижение/повышение уровней его деградации и стресс-реактивности [9, 11-13].
На рис. 1,a представлены результаты измерения уровня деградации ЮГ в нормальных условиях и после теплового стресса у молодых (1-суточ-ных) самок линий FOXO и w1118. Хорошо видно, что у самок линии FOXO уровень деградации гормона в нормальных условиях существенно превышает таковой у самок контрольной (w1118) группы (различия достоверны при р < 0.001). Ясно также, что самки обеих линий отвечают на тепловой стресс снижением деградации ЮГ, но интенсивность этого ответа у них различна. Результаты оценки стресс-реактивности ЮГ (рис. 1,6) показали, что этот параметр у самок линии FOXO существенно превышает таковой у контрольных мух (различия достоверны прир < 0.001).
Для того чтобы выяснить, не является ли влияние гена dFOXO на метаболизм ЮГ возраст-специфическим, уровень деградации гормона в нормальных условиях и после теплового стресса был измерен у половозрелых (6-суточных) самок линий FOXO и w1118 (см. рис. 2). Ясно, что влияние dFOXO на деградацию ЮГ сохраняется и у поло-
возрелых мух: уровень деградации гормона в нормальных условиях (рис. 2,а) и интенсивность ответа системы метаболизма ЮГ на тепловой стресс (рис. 2,б) у самок FOXO существенно выше обоих параметров у контрольных мух (различия достоверны при р < 0.001). Таким образом, мы можем заключить, что у самок со сниженной экспрессией ёГОХО уровень синтеза ЮГ снижен.
Еще одним индикатором уровня синтеза ЮГ у самок дрозофилы может служить уровень их устойчивости к тепловому стрессу. В самом деле, ранее мы показали, что у самок D. melanogaster снижение синтеза ЮГ в результате мутации [12] или генетической абляции части клеток СА [11] вызывает резкое снижение устойчивости к тепловому стрессу. Мы подвергли 5-суточных самок линий FOXO и w1118 действию теплового стресса (15 пробирок с мухами по 5 особей в каждой помещали на 4 ч в термостат с температурой 38°С) и через 20 ч подсчитывали число живых мух в каждой пробирке. Выживаемость самок линии w1118 составила 62.2 ± 5.9%, тогда как выживаемость самок FOXO составила всего 37.8 ± 5% (различия достоверны при p < 0.01). Этот результат свидетельствует в пользу нашего заключения о снижении уровня синтеза ЮГ у самок линии FOXO.
Таким образом, впервые показано, что у самок дрозофилы существует обратная связь в регуляции экспрессии гена dFOXO ювенильным гормоном. Действительно, как упомянуто выше, ЮГ подавляет экспрессию ёГОХО [10], а ген dFOXO,
ТРАНСКРИПЦИОННЫЙ ФАКТОР dFOXO
1085
,4.5
£4.0
3.5
0
/м3 н и
^2.5 ь
I 2.0
п
о 1.5
1.0
я
и ц
а ад
&0.5
г
е Де
□ Нормальные условия
□ Тепловой стресс
30
♦ ♦ ♦
-Ï-
FOXO
w1118
Ж
25
20
15
10
С
♦ ♦ ♦
FOXO
w1118
а
5
0
Рис. 2. Уровень деградации ЮГ (а) и интенсивность ответа системы метаболизма ЮГ (стресс-реактивность) (б) на тепловой стресс (38°С, 2 ч) у 6-суточных самок линий FOXO и w1118 D. melanogaster. Каждое значение — среднее из 15-20 измерений.
как следует из результатов настоящей работы, активирует продукцию ЮГ.
Работа поддержана грантами РФФИ 13-0400019 и Бюджетным проектом № У1.53.2.3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Toivonen J.M., Partridge L. Endocrine regulation of aging and reproduction in Drosophila // Mol. Cell. Endocrinol. 2009. V. 299. P. 39-50.
2. Kannan K., Fridell Y.W. Functional implications of Drosophila insulin-like peptides in metabolism, aging, and dietary restriction // Front. Physiol. 2013. V 4. P. 288. doi: 10.3389/fphys.2013.00288.
3. Puig O., Tjian R. Transcriptional feedback control of insulin receptor by dFOXO/FOXO1 // Genes Dev. 2005. V. 19. P. 2435-2446.
4. Belgacem Y.H., Martin J.-R. Hmgcr in the corpus alla-tum controls sexual dimorphism of locomotor activity and body size via the insulin pathway in Drosophila // PLoS One. 2007. 2(1): e187. doi: 10.1371/jour-nal.pone.0000187.
5. Tu M.-P., Yin C.-M., Tatar M. Mutations in insulin signaling pathway alter juvenile hormone synthesis in Drosophila melanogaster // Gen. Comp. Endocrinol. 2005. V. 142. P. 347-356.
6. TatarM., Bartke A., Antebi A. The endocrine regulation of aging by insulinlike signals // Science. 2003. V 299. P. 1346-1351.
7. Раушенбах И.Ю., Карпова Е.К., Адоньева Н.В., Грунтенко Н.Е. Экспрессия гена InR и метаболизм октопамина у самок Drosophila melanogaster// Генетика. 2014. Т. 50. № 3. С. 360-363.
8. Richard D.S., Rybczynski R., Wilson T.G. et al. Insulin signaling is necessary for vitellogenesis in Drosophila melanogaster independent of the roles of juvenile hormone and ecdysteroids: female sterility of the chico1 insulin signaling mutation is autonomous to the ovary // J. Insect Physiol. 2005. V 51. P. 455-464.
9. Карпова Е.К., Адоньева Н.В., Фаддеева Н.В. и др. Инсулин влияет на репродуктивную функцию и метаболизм ювенильного гормона у самок Droso-phila в нормальных и стрессирующих условиях // ДАН. 2013. Т. 452. № 6. С. 67
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.