קבלת דגימות עם מואט, מואצת והפוך הזדקנות של דבורת דבש הדגם
Summary
בפועלי דבורת דבש, הזדקנות תלויה בהתנהגויות חברתיות ולא על גיל כרונולוגי. כאן אנו מראים כיצד ניתן להשיג עובד סוגים עם דפוסי הזדקנות שונים מאוד ונותחו להזדקנות תאית.
Abstract
אגודות בעלי החיים חברתיים מאוד וכוללות הבדלי תוחלת חיים עצומים בין יחידים הקשורים באופן הדוק. בקרב חרקים חברתיים, דבורת הדבש היא המודל הטוב ביותר שהוקם במטרה ללמוד כיצד פלסטיות בתוחלת חיים והזדקנות מוסברת על ידי גורמים חברתיים.
כת העובד של דבורי דבש דבורים כוללת אחות, אשר נוטים להרהר, ודבורים בוזזים, אשר אוספים צוף ואבקת פרחים. העבודות קודמות הראו כי תפקודי מוח וביצועי טיסה להזדקן במהירות רבה יותר במלקטי מזון מאשר באחיות. עם זאת, תפקודי מוח יכולים להתאושש, כאשר מלקטי מזון לחזור למשימות סיעוד. דפוסים כאלה של הזדקנות מואצת ופונקציונלית ההפוכה צמודים לרמות משאבי חילוף חומרים שהשתנו, לשינויים בשפע חלבון ואת תפקוד מערכת החיסון. Vitellogenin, חלבון חלמון עם פונקציות מותאמות בבקרה הורמונלית והגנה תאית, עשוי לשמש כאלמנט רגולטורים מרכזי ברשת ששולטת בדינמיקת ההזדקנות שונה בעובדים.
כאן אנו מתארים כיצד הופעתם של אחיות ומלקטי מזון יכול להיות במעקב, ומניפולציות, ובם ההיפוך ממלקטי מזון קצר בדרך כלל לאחיות אורך חיים גדולות יותר. תוצאות הנציג שלנו להראות כיצד אנשים עם גיל כרונולוגי דומה להתמיין למלקטי מזון ודבורים אחות תחת תנאי ניסוי. אנו מדגימים כיצד ניתן תוקף היפוך התנהגותיות ממלקטי מזון בחזרה לאחיות. לאחרונה, אנו מראים כיצד שונים הזדקנות תאית יכולה להיות מוערכת על ידי מדידת ההצטברות של lipofuscin, סמן ביולוגי אוניברסלי של הזדקנות.
ללימוד מנגנונים העשויים לקשר את ההשפעות חברתיות והזדקנות פלסטיות, פרוטוקול זה מספק כלי סטנדרטי שנקבע לרכישת חומר מדגם רלוונטי, וכדי לשפר את יכולת השוואת נתונים בין מחקרים עתידיים.
Introduction
מבני המושבה המורכבים של בעלי חיים חברתיים מאוד נשמרים באמצעות האינטראקציה של כת רבייה, וכת עוזר של כלל עובדים הלא כפול עם התנהגויות משימה חברתית שונות. בפועלים השונים, התאמות פיסיולוגיות ספציפיות לאפשר התנהגויות טיפול SIB מובהקות, וגם קשורות להבדלי תוחלת חיים קיצוניים. דבורי דבש וחפרפרות מייצגים את המודלים של בעלי החיים הטובים ביותר שפותחו כדי ללמוד איך sociality קשור לדפוסי מואצים, זניח או הפוך הזדקנות 1-3.
במושבות דבורי דבש, מלכת הטלה אחת נעזרת באלף עובדים שנוטים להרהר, ללקט מזון, ולעסוק בשמירה, ויסות חום או התנהגויות היגיינה 4. בין העובדים אלה מלקטי מזון קצרים מאוד, דבורי אחות עם ביניים, ודבורים בחורף (diutinus) עם תוחלת החיים הארוכים ביותר הם. אנשים, לעומת זאת, לא באופן קבוע מחויבים מסוים ווrker סוג, אבל להציג ontogeny התנהגותיים גמיש: הם משתנים ממשימת התנהגות חברתית אחד למשנו ("קסטות זמניות"). דבורי קאלו יכולים לשנות לדבורי אחות להרהר בטיפול, שסופו של דבר עשוי להשתנות לליקוט מזון בחוץ. עם זאת, דבורי קן חסר ניסיון יכולים גם להפוך לדבורים בחורף ארוך חיים, ומלקטי מזון קצר מועד יכול אפילו לחזור לאחיות בדרך כלל אורך חיים גדולים יותר. עובדים עם קיצוניות (דבורים בחורף) ואורך חיים בינוניים (דבורי אחות) פיתחו היטב איברי ייצור ואחסון מזון עם משאבים עצומות – בניגוד למלקטי מזון קצר מועד (הנסקרת ב 1,5). עם זאת, שהרגולציה של תוחלת חיים בודדות חורגת שינויים פשוטים באיזון המשאבים של פרט שהוצע על ידי מחקר על חלבון חלמון, שבה יש פונקציות מותאמות מגוונות בכת העובד שאינו מתרבה, כגון ייצור ריבת 6, בקרה הורמונלית 7, חיסוניים 8 ונוגד חמצון להגנה 9.
דפוסים של fירידת unctional (הזדקנות) פערי תוחלת חיים מראה בקרב עובדים, כפי שנקבע על חוש הריח, וגם לתפקודי מוח או מנוע אחרים 10-13. באופן ספציפי, הירידה המשמעותית בתפקוד למידה רק לאחר שבועיים של ליקוט תואמת התקדמות תמותה דומה במלקטי מזון 14, בניגוד לחוסר ירידה לזיהוי (הזדקנות זניחה) בדבורים בחורף ארוכים, חי 15.
כדי לזהות את טביעות האצבעות מולקולריות של הזדקנות גמישה שהותאמנו פרדיגמות ניסוי קבעו כי נאפשר לניטור וטיפול במעברי הזדקנות מסוג 8,16,17. להתנסות פרטים 1 איך להשיג דגימות שבו ניתן להפריד את ההשפעות של גיל כרונולוגי והתנהגויות חברתיות מסוימות עובד מסוג על הזדקנות. ניסוי 2 מתאר את ההיפוך של מלקטי מזון עם מואצים לתוך דבורי אחות עם דינמיקת הזדקנות מואטת. ניסוי 3 מספק גישה לחיטוט השפעות של הזדקנות תאית על ידי anatomicaכימות ליטר של סמן ביולוגי שהוקם להזדקנות תאים (lipofuscin) 18.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנחנו כאן לאמץ בעבר תאר גישות 8,16,17,19,20, ולשלב אותם לתוך זרימת עבודה אחת שתאפשר לימוד הזדקנות גמישה בדבורי דבש. המטרה שלנו היא לספק למדענים כי הם טירון בתחום זה עם כלי סטנדרטי מוגדר להשיג חומר מדגם רלוונטי, וכדי לשפר את שחזור ניסיוני בקרב צוותי מחקר שונים. בעוד שהנ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים אוסמן Kaftanoglu לעצות מועילות וסיוע בזמן צילומים. ברצוננו להודות למבקרים האנונימיים על הערות תובנה. עבודה זו נתמכה על ידי המועצה למחקר של נורבגיה (מעניק 180,504, 191,699, ו213,976), מארי Curie/FP7 (נ"צ פרויקט. 238,665), המכון הלאומי ל( AG22500 P01 NIA מענק) הזדקנות, ונאמנויות הצדקה Pew.
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).
