Skaffa Prover med avtagit Accelerated och Omvänd Aging i Honey Bee modell
Summary
I honungsbiet arbetare, åldrande beror på sociala beteenden snarare än kronologisk ålder. Här visar vi hur arbetartyper med mycket olika åldringsmönster kan erhållas och analyseras för cellernas åldrande.
Abstract
Samhällen med mycket sociala djur har stora livslängdsskillnader mellan närbesläktade individer. Bland sociala insekter, är honungsbiet bäst etablerad modell för att studera hur plasticitet i livslängd och åldrande förklaras av sociala faktorer.
Arbetaren kasten av honungsbin inkluderar sjuksköterska bin, som tenderar att grubbla och fälthackar bin som samlar nektar och pollen. Tidigare arbete har visat att hjärnans funktioner och flygprestanda senesce snabbare i fälthackar än sjuksköterskor. Däremot kan hjärnfunktioner återhämta sig, när fälthackar återgå till omvårdnadsuppgifter. Sådana mönster av accelererad och omvända funktionella åldrande är kopplade till förändrade metaboliska resursnivåer, till förändringar i protein överflöd och för immunförsvaret. Vitellogenin, en äggula protein med anpassade funktioner i hormonell kontroll och cellulära försvaret, kan fungera som en viktig reglerande faktor i ett nätverk som styr de olika åldrandedynamiken hos arbetare.
Här beskriver vi hur uppkomsten av sjuksköterskor och fälthackar kan övervakas och manipuleras, inklusive återföring från vanligtvis kortlivade fälthackar i längre livade sjuksköterskor. Vår representativa resultat visar hur personer med liknande kronologiska ålder differentierar till fälthackar och sjuksköterska bin under experimentella förhållanden. Vi exemplifierar hur beteende omsvängning från fälthackar tillbaka till sjuksköterskor kan valideras. Senaste, visar vi hur olika cellernas åldrande kan bedömas genom att mäta ackumulationen av lipofuscin, en universell biomarkör av åldrande.
För att studera mekanismer som kan länka sociala influenser och åldrande plasticitet, ger detta protokoll ett standardiserat verktyg inställd på att skaffa relevant provmaterial, samt att förbättra jämförbarheten mellan framtida studier.
Introduction
De komplexa koloni strukturer mycket sociala djur bibehålls genom samverkan mellan en reproduktiv kast, och en hjälpare kast av typiskt icke-återgivning arbetare med olika social uppgiftsbeteenden. I de olika arbetare, specifika fysiologiska anpassningar möjliggör tydliga sib vårdbeteenden, och är också kopplade till extrema livslängdsskillnader. Honungsbin och mole råttor representerar de mest utvecklade djurmodeller för att studera hur socialitet är kopplat till mönster av accelererad, försumbar eller vändas åldrande 1-3.
I honung bisamhällen, är ett enda äggläggande drottning biträdd av tusentals arbetare som tenderar att ruva, foder för mat, och engagera sig inom bevakning, värmereglering eller hygieniska beteenden 4. Bland dessa arbetare är de extremt kortlivade fälthackar, sjuksköterska bin med mellanliggande och vinter (diutinus) bin med längsta livslängd. Individer är dock inte permanent bundna till en viss worker-typ, men visar en flexibel beteende ontogeni: de ändrar från en social uppgift beteende till ett annat ("timliga kaster"). Callow bin kan ändra till avels tenderar sjuksköterska bin, som så småningom kan komma att ändras till utanför födosök. Däremot kan callow boet bin också förvandlas till längst livade vinter bin, och kortlivade hackar kan även återgå till normalt längre livade sjuksköterskor. Arbetstagare med extrema (vinter bin) och mellan (sjuksköterska bin) livslängd har väl utvecklade livsmedelsproduktion och lagringsorgan med stora resurser – till skillnad från kortlivade hackar (recenserade i 1,5). Men att regleringen av enskilda livslängd går utöver enkla förändringar i en persons balans resurs föreslås av forskning på en äggula protein, som har olika anpassade funktioner i den icke-reproducerande arbetare kast, såsom gelé produktion 6, hormonell kontroll 7, immun 8 och antioxidant försvars 9.
Mönster för funktionell nedgång (åldrande) spegel livslängdsskillnaderna bland arbetare, som fastställts för lukt, och även för andra hjärnan eller motorik 10-13. Specifikt den betydande nedgång i inlärningsfunktion efter bara två veckors födosök matchar en liknande dödlighet progression i fälthackar 14, i motsats till bristen på detekterbara nedgång (försumbar åldrande) i långlivade vinter bin 15.
För att identifiera de molekylära fingeravtryck av flexibla åldrande vi anpassat etablerade experimentella paradigm som möjliggör övervakning och manipulera åldrande typ övergångar 8,16,17. Experiment 1 Information Hämta prover i vilka effekterna av kronologisk ålder och arbetar typspecifika sociala beteenden på åldrande kan separeras. Försök 2 beskriver återföring av fälthackar med accelererade in i sjuksköterska bin med bromsat åldrandedynamiken. Försök 3 ger en metod för att sondera effekterna av cellulärt åldrande genom Anatomical kvantifiering av en etablerad biomarkör för cellulärt åldrande (lipofuscin) 18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi här anta tidigare beskrivna metoder 8,16,17,19,20, och integrera dem i ett enda arbetsflöde som kommer att underlätta att studera flexibelt åldrande i honungsbin. Vårt mål är att ge forskare som är nybörjare på det här området med ett standardiserat verktyg inställd på att få relevant provmaterial, samt för att förbättra experimentella reproducerbarhet mellan olika forskargrupper. Medan våra rutiner är förenklade och inte kräver särskild utrustning som i tidigare beskrivningar (jämf…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Osman Kaftanoglu för råd och hjälp under inspelningen. Vi vill tacka de anonyma granskare för insiktsfulla kommentarer. Detta arbete stöddes av Norges forskningsråd (beviljar 180504, 191699, och 213.976), Marie Curie/FP7 (projekt ref. 238.665), National Institute on Aging (bidrag NIA P01 AG22500), och 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).
