Het verkrijgen van exemplaren met vertraagd, versneld en Reversed Aging in de Honey Bee Model
Summary
In honingbij werknemers, ouder worden, hangt af van sociaal gedrag in plaats van op chronologische leeftijd. Hier laten we zien hoe de werknemer-typen met zeer verschillende veroudering patronen kan worden verkregen en voor cellulaire veroudering geanalyseerd.
Abstract
Maatschappijen van zeer sociale dieren zijn voorzien van grote levensduur verschillen tussen nauw verwante individuen. Onder sociale insecten, de honingbij is de beste gevestigde model te bestuderen hoe de plasticiteit in levensduur en veroudering wordt verklaard door sociale factoren.
De werknemer kaste van honingbijen bevat verpleegster bijen, die het broed neigen, en forager bijen, die nectar en stuifmeel te verzamelen. Vorige werk heeft aangetoond dat hersenfuncties en vliegprestaties senesce sneller in verzamelaars dan bij verpleegkundigen. Toch kan hersenfuncties terugkrijgen, wanneer verzamelaars terugkeren naar verpleegkundige taken. Dergelijke patronen van versnelde en omgekeerd functionele veroudering zijn gekoppeld aan de veranderde stofwisseling resource niveaus, tot veranderingen in eiwitten overvloed en het immuunsysteem. Vitellogenine, een dooier eiwit met aangepaste functies hormonale controle en cellulaire afweer, kan dienen als een belangrijk regulerend element in een netwerk dat de verschillende veroudering dynamiek werknemers regelt.
Hier beschrijven we hoe de opkomst van verpleegkundigen en verzamelaars kunnen worden gecontroleerd en gemanipuleerd, met inbegrip van de omkering van meestal kortstondige verzamelaars in een langer leven verpleegkundigen. Onze vertegenwoordiger resultaten laten zien hoe individuen met gelijkaardige chronologische leeftijd differentiëren naar verzamelaars en verpleegkundige bijen onder experimentele omstandigheden. We illustreren hoe gedrags omkering van verzamelaars terug naar verpleegkundigen kunnen worden gevalideerd. Ten slotte tonen we hoe verschillende cellulaire senescentie kan worden beoordeeld door het meten van de accumulatie van lipofuscine, een universele biomerker voor veroudering.
Voor het bestuderen van mechanismen die sociale invloeden kunnen koppelen en veroudering plasticiteit, dit protocol voorziet een gestandaardiseerde tool set om relevante monstermateriaal te verwerven, en vergelijkbaarheid van de gegevens te verbeteren tussen toekomstige studies.
Introduction
Het complex kolonie structuren van zeer sociale dieren worden onderhouden door de interactie van een reproductieve kaste, en een helper kaste van typisch niet-reproducerende werknemers met verschillende sociale taak gedrag. In de verschillende arbeiders, specifieke fysiologische aanpassingen laten onderscheiden sib zorg gedrag, en zijn ook gekoppeld aan extreme levensduur verschillen. Honingbijen en mol ratten vertegenwoordigen de best ontwikkelde diermodellen om te bestuderen hoe socialiteit is gekoppeld aan patronen van versnelde, verwaarloosbaar of omgekeerd veroudering 1-3.
In bijenkolonies, is een single-eierleggende koningin bijgestaan door duizenden arbeiders die het broed, naar voedsel hebben de neiging, en zich in het bewaken, thermoregulatie of hygiënisch gedrag 4. Onder deze werknemers zijn de extreem korte duur voedermachines, verpleegster bijen met tussentijdse en winter (diutinus) bijen met de langste levensduur. Individuen echter niet permanent gebonden aan een bepaald worker-type, maar het beeld blijft flexibel gedrag ontogenie: zij van een sociaal gedrag naar de andere taak ("temporele kasten"). Callow bijen kan veranderen broeden neigt verpleegster bijen, die uiteindelijk kan veranderen buiten foerageren. Echter, onervaren nest bijen ook transformeren tot langstlevende winter bijen, en kortstondige verzamelaars kunnen zelfs terugkeren in het algemeen langer leven verpleegkundigen. Werknemers met extreme (winter bijen) en tussenproduct (verpleegkundige bijen) levensduur hebben goed ontwikkelde productie en opslag voedsel organen met overvloedige middelen – in tegenstelling tot kortstondige verzamelaars (beoordeeld in 1,5). Echter, dat de regulering van individuele levensduur gaat verder dan eenvoudige veranderingen in resource balans van een individu wordt gesuggereerd door het onderzoek op een dooier eiwit, dat diverse aangepaste functies heeft in de niet-reproducerende werknemer kaste, zoals gelei productie 6, hormonale controle 7, immuun 8 en anti-oxidant verdediging 9.
Patronen van functional daling (veroudering) spiegel levensduur verschillen tussen werknemers, zoals vastgesteld voor olfactorische, en ook voor andere hersen-of motorische functies 10-13. Met name de aanzienlijke daling leerfunctie na twee weken voederen overeenkomt soortgelijke mortaliteit progressie voedermachines 14, in tegenstelling tot het gebrek aan detecteerbare daling (verwaarloosbaar senescentie) in langlevende winter bijen 15.
Om de moleculaire vingerafdrukken van flexibele veroudering passen wij vastgesteld experimentele paradigma's die het mogelijk maken voor de bewaking van en het manipuleren van veroudering-soort overgangen 8,16,17 identificeren. Experiment 1 details van voorbeelden waarin de effecten van de chronologische leeftijd en de werknemers-type-specifieke sociaal gedrag op veroudering kan worden gescheiden verkrijgen. Experiment 2 beschrijft de omkering van verzamelaars met versnelde in verpleegster bijen met vertraagde veroudering dynamiek. Experiment 3 biedt een aanpak voor het sonderen van effecten van cellulaire veroudering door Anatomical kwantificering van een gevestigde biomarker voor cellulaire veroudering (lipofuscin) 18.
Protocol
Representative Results
Discussion
We nemen hier eerder beschreven benaderingen 8,16,17,19,20, en integreren in een enkele workflow die zal vergemakkelijken studeren flexibel veroudering in honingbijen. Ons doel is om wetenschappers die beginner zijn voorzien om dit gebied met een gestandaardiseerd instrument ingesteld om relevante steekproef materiaal te verkrijgen, en om experimentele reproduceerbaarheid tussen de verschillende onderzoeksteams te verbeteren. Terwijl onze procedures worden vereenvoudigd en geen speciale apparatuur vereisen zo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Osman Kaftanoglu voor nuttig advies en bijstand tijdens het filmen. Wij willen de anonieme reviewers bedanken voor inzichtelijke opmerkingen. Dit werk werd ondersteund door de Noorse Raad voor Onderzoek (verleent 180.504, 191.699 en 213.976), Marie Curie/FP7 (project ref. 238.665), het National Institute on Aging (NIA subsidie P01 AG22500), en de Pew Charitable Trusts.
Materials
| Name of reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| Apifonda | Südzucker AG, Mannheim/Ochsenfurt, Germany | ||
| paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| phosphate-buffered saline | Sigma-Aldrich | P4417 | |
| Glycerol | Merck | 1.04094.1000 |
References
- Munch, D., Amdam, G. V. The curious case of aging plasticity in honey bees. FEBS Lett. 584, 2496-2503 (2010).
- Buffenstein, R. Negligible senescence in the longest living rodent, the naked mole-rat: insights from a successfully aging species. J Comp Physiol B. 178, 439-445 (2008).
- Parker, J. D. What are social insects telling us about aging?. Myrmecological News. 13, 103-110 (2010).
- Seeley, T. D. . The Wisdom of the Hive. , (1995).
- Amdam, G. V., Omholt, S. W. The regulatory anatomy of honeybee lifespan. J Theor Biol. 216, 209-228 (2002).
- Amdam, G. V., Norberg, K., Hagen, A., Omholt, S. W. Social exploitation of vitellogenin. Proc Natl Acad Sci U S A. 100, 1799-1802 (2003).
- Guidugli, K. R., et al. Vitellogenin regulates hormonal dynamics in the worker caste of a eusocial insect. FEBS Lett. 579, 4961-4965 (2005).
- Amdam, G. V., et al. Social reversal of immunosenescence in honey bee workers. Exp Gerontol. 40, 939-947 (2005).
- Seehuus, S. C., Norberg, K., Gimsa, U., Krekling, T., Amdam, G. V. Reproductive protein protects functionally sterile honey bee workers from oxidative stress. Proc Natl Acad Sci U S A. 103, 962-967 (2006).
- Scheiner, R., Amdam, G. V. Impaired tactile learning is related to social role in honeybees. J Exp Biol. 212, 994-1002 (2009).
- Behrends, A., Scheiner, R., Baker, N., Amdam, G. V. Cognitive aging is linked to social role in honey bees (Apis mellifera. Exp Gerontol. 42, 1146-1153 (2007).
- Münch, D., Baker, N., Kreibich, C. D., Braten, A. T., Amdam, G. V. In the laboratory and during free-flight: old honey bees reveal learning and extinction deficits that mirror mammalian functional decline. PLoS One. 5, e13504 (2010).
- Vance, J. T., Williams, J. B., Elekonich, M. M., Roberts, S. P. The effects of age and behavioral development on honey bee (Apis mellifera) flight performance. J Exp Biol. 212, 2604-2611 (2009).
- Dukas, R. Mortality rates of honey bees in the wild. Insect Soc. 55, (2008).
- Behrends, A., Scheiner, R. Learning at old age: a study on winter bees. Front Behav Neurosci. 4, 15 (2010).
- Huang, Z. -. Y., Robinson, G. E. Honeybee colony integration: Worker-worker interactions mediate hormonally regulated plasticity in division of labor. Proc Natl Acad Sci USA. 89, 11726-11729 (1992).
- Huang, Z. Y., Robinson, G. E. Regulation of honey bee division of labor by colony age demography. Behavioral Ecology and Sociobiology. 39, 147-158 (1996).
- Double, K. L., et al. The comparative biology of neuromelanin and lipofuscin in the human brain. Cell Mol Life Sci. 65, 1669-1682 (2008).
- Fonseca, D. B., Brancato, C. L., Prior, A. E., Shelton, P. M., Sheehy, M. R. Death rates reflect accumulating brain damage in arthropods. Proc Biol Sci. 272, 1941-1947 (2005).
- Baker, N., Wolschin, F., Amdam, G. V. Age-related learning deficits can be reversible in honeybees Apis mellifera. Exp Gerontol. 47, 764-772 (2012).
- Capaldi, E. A., et al. Ontogeny of orientation flight in the honeybee revealed by harmonic radar. Nature. 403, 537-540 (2000).
- Marco Antonio, D. S., Guidugli-Lazzarini, K. R., do Nascimento, A. M., Simoes, Z. L., Hartfelder, K. RNAi-mediated silencing of vitellogenin gene function turns honeybee (Apis mellifera) workers into extremely precocious foragers. Naturwissenschaften. 95, 953-961 (2008).
- Whitfield, C. W., Cziko, A. -. M., Robinson, G. E. Gene expression profiles in the brain predict behavior in individual honey bees. Science. 302, 296-299 (2003).
- Schmidt, J. O. Attraction of reproductive honey bee swarms to artificial nests by Nasonov pheromone. Journal of Chemical Ecology. 20, 1053-1056 (1994).
- De Moraes, R., Bowen, I. D. Modes of cell death in the hypopharyngeal gland of the honey bee (Apis mellifera L). Cell Biol Internat. 24, 737-743 (2000).
- Sheehy, M. R. A flow-cytometric method for quantification of neurolipofuscin and comparison with existing histological and biochemical approaches. Arch Gerontol Geriatr. 34, 233-248 (2002).
- Hsieh, Y. S., Hsu, C. Y. Honeybee trophocytes and fat cells as target cells for cellular senescence studies. Exp Gerontol. 46, 233-240 (2011).
- Wolschin, F., Munch, D., Amdam, G. V. Structural and proteomic analyses reveal regional brain differences during honeybee aging. J Exp Biol. 212, 4027-4032 (2009).
