Gener och hjärncentra som reglerar måltidsstorlek i identifierade flugor


Gener och hjärncentra som reglerar måltidsstorlek i identifierade flugor

Biologer från California Institute of Technology (Caltech) och Yale University har identifierat två gener, leukokinin-neuropeptiden och leukokininreceptorn, som verkar reglera måltidsstorleken och frekvensen i fruktflugor. Båda generna har mammaliska motsvarigheter som verkar spela en liknande roll i matintag, vilket indikerar att stegen som kontrollerar måltidsstorleken och måltidsfrekvensen inte bara är beteendemässiga men kontrolleras av samma gener i hela djurriket.

Ett papper som beskriver arbetet kommer att visas i den 8 juni utgåva av tidningen Nuvarande biologi.

Hos djur är matintag reglerat för att hålla kroppsviktet konstant över en lång tidsperiod. De flesta djur konsumerar mat i diskreta händelser - det vill säga i måltiderna. "Att identifiera gener och molekyler som reglerar måltidrelaterade parametrar är avgörande för att förstå relationerna mellan kroppsvikt och kaloriintag", säger Bader Al-Anzi, forskare vid Caltech och huvudförfattaren till Nuvarande biologi studie.

I hungriga djur regleras måltidsstorleken och frekvensen i tre faser. I första fasen initierar lukt och smak av mat utfodring. När en måltid har börjat, försäkrar andra faktorer att utfodringen fortsätter under en given tidsperiod (som representerar andra fasen). I slutfasen avslutas matningen - vanligtvis när mängden magdispersion passerar ett givet tröskelvärde. De tre faserna av utfodringsbeteende har observerats hos djur som sträcker sig från däggdjur till insekter. Det som dock var okänt var om likheter i beteende faktiskt reflekterade en evolutionärt konserverad process som användes liknande gener och molekyler över djurarter.

För att hjälpa till att svara på denna fråga, utvecklade Al-Anzi och hans kollegor en analys för att undersöka foderbeteendet i den gemensamma fruktflugan, Drosophila melanogaster. I denna analys svältdes genetiskt normala flugor en dag och överfördes sedan till en flaska innehållande sockermjöl blandad med röda livsmedelsfärgämnen. Allvarligt blev flugorna mattade under exponeringen för röd mat, och deras små abdomän blev röda.

Därefter utförde forskarna samma experiment med hjälp av mutanta flygstammar. "Vårt hopp", säger Al-Anzi, "var att om flugor innehöll mutationer i gener som var involverade i måltidreglering, skulle dessa flugor äta alltför stora mängder röd mat, göra dem synliga Uppblåst med röda buken."

Två mutanta flugstammar producerade noterbara resultat. En stam innehöll en mutation i genen som kodar för leukokinin-neuropeptiden (en peptid som ursprungligen identifierades för dess förmåga att inducera insektsdjupkontraktion) och den andra stammen innehöll muterade versioner av receptorn som binder till leukokinin. I analysen åt båda typerna av flugmutanter till sådant överskott att de blev synligt uppblåst, med sina grödor - matlagringsorgan - sträckte sig till gränsen med rödfärgad mat.

Överraskande, säger Al-Anzi, "men på kort sikt tenderar dessa flugor att överdriva, på lång sikt konsumerar de en liknande mängd mat som vanliga flugor. Detta berodde till stor del på att de kompenserar för den stora ökningen av Måltidsstorlek genom att minska antalet gånger de äter. " Medan mutanta flugor konsumerade fyra eller fem stora måltider på en enda dag åt normala flugor sju eller åtta små måltider.

I ytterligare experiment hittade Al-Anzi och hans kollegor att även om leucokinin-neuropeptiden endast finns i hjärnan, finns leukokininreceptorn i neuroner som finns i både hjärnan och förgrunden - ett område i tarmen som innehåller sträckt receptorer som är kända för Vara ansvarig för att övervaka måltidsstorleken i andra insekter. Forskarna fann också att det infördes en normal kopia av leukokinin-neuropeptiden eller av leukokininreceptorgenen mot dessa neuroner i deras motsvarande mutanta flugor, fullständigt återställda normala matningsbeteenden.

Vidare, när dessa samma neuroner förstördes i normala, icke-flyktiga flugor, började flugorna konsumera onormalt stora måltider, precis som mutanter. "Detta visar att vi identifierade rätt gener som är ansvariga för flugens bingeing såväl som flyghjärncentret som Reglerar måltidsstorlek och frekvens ", säger Al-Anzi.

Dessa resultat tyder på att vid normala flugor signalerar streckreceptorerna till hjärnan att det är dags att sluta äta när tarmen blir full. I flugor där leukokinin-neuropeptiden eller leukokininreceptorerna inte fungerar som ett resultat av mutationer eller förstörelsen av hjärncentren som uttrycker generna, är signalen "time to stop" inte korrekt vidarebefordrad och flugorna - ovetande om att deras Bellies är fulla - fortsätter att äta.

Både leukokinin och dess receptor är homologa med tachykininer - vertebratväggener som är kända för att orsaka minskad matintag när de injiceras i hjärnan. I själva verket uttrycks några tachykininväggener inom eller nära däggdjurscentraler som reglerar kroppsvikt och matintag, inklusive en region som kallas den bågformiga kärnan. Observationen att en flygtakykinin spelar en liknande roll i matintagreglering indikerar en evolutionärt konserverad roll för detta signalsystem vid kontroll av matintag.

"Trots våra olikartade kroppsformer bevaras många generas funktioner över djurriket - även i den låga fruktflugan", säger Al-Anzi. På grund av detta säger han: "Om vi ​​vet vad en gen ger i en flygning, är det troligt att dess motstycke i människor skulle spela en liknande roll. Men," tillägger han, "jag var fortfarande förvånad över att denna bevarande sträcker sig jämnt Fruktflyg är en kraftfull modellorganisme för att studera den genetiska grunden för många biologiska fenomen, och den evolutionärt konserverade rollen av leukokininvägen i måltidsreglering visar att när det gäller matintag, Kan vi nu utnyttja Drosophila genetiska krafter ytterligare för att förstå den molekylära grunden för livsmedelsintagreglering hos människor."

Papperet "Leukokininvägen och dess neuroner reglerar måltidsstorlek i Drosophila" är resultatet av forskning som ursprungligen leddes av Caltechbiologen Seymour Benzer, en pionjär i studien av gener och beteende. Kai Zinn, professor i biologi vid Caltech, fortsatte denna forskning med Al-Anzi efter Benzer död i slutet av 2007. Förutom Al-Anzi, Zinn och Benzer är de andra författarna på aktuell biologipapper Caltech laboratorieassistent Elena Armand och Forskningstekniker Viveca Sapin; Christopher Waters och Paul Nagami, tidigare Caltech; Och Margaret Olszewski och Robert J. Wyman från Yale University. Arbetet stöddes av National Institutes of Health och ett Life Sciences Resources Foundation bidrag från Bristol-Myers Squibb.

Källa: California Institute of Technology

Hur proteinsyntesen regleras (Video Medicinsk Och Professionell 2019).

Avsnitt Frågor På Medicin: Andra