Харчова глюкоза регулює споживання дріжджів у дорослих чоловіків дрозофіли

Себастьян Лебретон

1 підрозділ хімічної екології, кафедра біології захисту рослин, Шведський університет сільськогосподарських наук, Алнарп, Швеція

Пітер Віцгалл

Марі Олссон

2 одиниця якості рослинної продукції, кафедра селекції рослин, Шведський університет сільськогосподарських наук, Алнарп, Швеція

Пол Г. Бехер

Анотація

Налаштування харчової поведінки у відповідь на голод і ситість сприяє гомеостатичній регуляції у тварин. Плодова муха Drosophila melanogaster харчується дріжджами, що ростуть на перестиглих плодах, забезпечуючи поживні речовини, необхідні для виживання дорослих, розмноження та росту личинок. Тут ми представляємо дані про те, як харчова цінність їжі впливає на подальше споживання дріжджів у дорослих чоловіків дрозофіли. Після періоду голодування мухи демонстрували інтенсивне споживання дріжджів. Для порівняння, мухи припинили годування, отримавши доступ до поживної дієти з кукурудзяної муки. Цікаво, що дієтична глюкоза була настільки ж ефективною, як і складна дієта з кукурудзяної муки. Навпаки, мухи, які годували сукралозою, не піддається метаболізму підсолоджувачем, поводились так, ніби їх голодували. Адипокінетичний гормон та інсуліноподібні пептиди регулюють обмінні процеси у комах. Ми не виявили жодного впливу шляху адипокінетичного гормону на цю модуляцію. Натомість у ці зміни брав участь інсуліновий шлях. Мухи без рецептора інсуліну (InR) не реагували на дефіцит поживних речовин, збільшуючи споживання дріжджів. Разом ці результати показують важливість інсуліну в регулюванні споживання дріжджів у відповідь на голодування у дорослих чоловіків D. melanogaster.

Вступ

Механізми, що контролюють споживання їжі та енергетичний гомеостаз, досить добре зберігаються серед видів тварин з хорошою гомологією між хребетними та безхребетними. Після їжі, багатої поживними речовинами, визначається споживання калорій і викликає зворотний зв'язок, який викликає насичення і пригнічує споживання їжі за допомогою гормональних шляхів. У комах центральну роль у регуляції годівлі відіграє інсуліноподібний пептид/адипокінетичний гормон (ILP/AKH), гомологічний шляху інсуліну/глюкагону ссавців (Lee and Park, 2004; Bharucha et al., 2008; Root et al., 2011).

У Drosophila melanogaster прийом їжі сприяє вивільненню непарного 2 (Upd2) з жирового тіла - білка, який, як вважають, є гомологічним лептину ссавців (Rajan and Perrimon, 2012). Upd2 стимулює вивільнення ILP (Rajan та Perrimon, 2012), які діють на нюхові нейрони, інгібуючи короткий нейропептид F (sNPF, гомолог нейропептиду Y), що призводить до зменшення чутливості до запахів, пов’язаних з їжею (Root et al., 2011). На відміну від годування, голодування підвищує фізіологічну чутливість та індукує споживання їжі у комах (Farhadian et al., 2012; Farhan et al., 2013). Збільшення годування принаймні частково зумовлене активністю дофамінергічних нейронів у під-стравохідному ганглії, первинному смаковому центрі (Inagaki et al., 2012; Marella et al., 2012). Вивільнення дофаміну впливає на смакові нейрони, відповідальні за чутливість до цукру, які також експресують рецептори AKH (Bharucha et al., 2008).

Нестача їжі та харчовий склад макроелементів впливають як на фізіологію, так і на поведінку личинок D. melanogaster (Anagnostou et al., 2010; Andersen et al., 2010; Bjordal et al., 2014) та дорослих (Skorupa et al., 2008; Becher et al., 2010; Lushchak et al., 2011; Lebreton et al., 2012). Дієтичні білки активують як ILP, так і AKH шляхи, тоді як дієтичні цукри активують ILP шлях, але інгібують AKH шлях (Buch et al., 2008). ILP та AKH беруть участь не тільки в регуляції годування, але також у кількох поведінкових та фізіологічних особливостях, що залежать від голоду/ситості, у дорослих, таких як мобілізація та зберігання енергії, поглинання поживних речовин у середній кишці, плодючість та розмноження або сексуальна поведінка (Лі and Park, 2004; Bharucha et al., 2008; Liu et al., 2009; Wigby et al., 2011; Kodrík et al., 2012). Вплив дієти, багатої білками, на ці гормональні шляхи добре описаний (Buch et al., 2008). Дріжджі відіграють важливу роль у харчуванні та екології мух (Begon, 1982; Becher et al., 2012), оскільки є важливим джерелом білків (Skorupa et al., 2008), а також ліпідів (Bos et al., 1976 ). Отже, можна очікувати, що мухи, які харчуються на дієті, в якій бракує цих поживних речовин, будуть залучатися до дріжджів, навіть якщо їх попередній раціон був висококалорійним.

Незважаючи на екологічне значення дріжджів, мало відомо про фізіологічні фактори, що регулюють поведінку годування дріжджів у дорослого D. melanogaster. У цьому дослідженні ми досліджували, чи не вплине брак необхідних поживних речовин у дієті на подальшу поведінку дріжджів у годуванні у самців D. melanogaster. Дієтичної глюкози було достатньо для модуляції апетиту, і тому ми дослідили фізіологічні та гормональні механізми, що лежать в основі впливу дієтичного цукру на подальше споживання дріжджів, зосередившись на шляху ILP/AKH.

Матеріали і методи

Муха штами і вирощування

Огляд експериментальної конструкції. Зірочками вказується, коли вимірювалось споживання їжі.

Дріжджова культура

Saccharomyces cerevisiae (S288c) вирощували на синтетичному мінімальному середовищі (Merico та співавт., 2007) у 100-мл колбах при 25 ° C на обертовому шейкері протягом 21 год. Суспензію клітин розділяли на порції і витримували при -80 ° C до застосування в аналізі годування.

Аналіз годівлі для споживання дріжджів

Споживання дріжджів аналізували за допомогою модифікованої версії аналізу CAFE (Ja et al., 2007; Farhadian et al., 2012). Окремих чоловіків ізолювали і поміщали в 30-мілілітрову пластикову чашку. Пластикову чашку поміщали на верхню частину скляної пляшки об’ємом 250 мл, наповненої 20 мл дистильованої води. Дно чашки було пробито для забезпечення вологості. Дріжджовий розчин подавали зверху у скляний мікрокапіляр на 5 мкл, утримуваний вирізаним наконечником піпетки. Споживання дріжджів вимірювали кожну годину протягом перших 7 годин та через 24 години (рис. (Рис. 1). 1). Одночасно проводився контрольний експеримент без мух для вимірювання швидкості випаровування дріжджового розчину, який використовувався для корекції норми витрати в експериментах з мухами.

Для того, щоб перевірити кількість цукру (глюкози, сукралози), споживаного мухами, той самий аналіз використовували для 2-денних зголоднілих чоловіків, що спарилися протягом 24 годин. Для кожного випробування використовували дев'ять-одинадцять мух (рисунок (рис. 1 1).

Статистичний аналіз

Для того, щоб перевірити різницю між різними дієтами (вода, кукурудзяна крупа, глюкоза, сукралоза) при годуванні дріжджами протягом 24 год, було проведено багаторазовий тест порівняння (функція glht, пакувальний мультикомплект) на моделі змішаних ефектів з особами та часом як випадковий ефекти (функція lme, пакет nlme). Факторні ефекти аналізували за допомогою F-тесту. Вплив AKHR та InR на споживання дріжджів також аналізували за допомогою моделі змішаних ефектів. Смертність мух InR тестували за допомогою GLM з біноміальним розподілом (вплив дієти та генотипу). Для порівняння мутантних та контрольних мух для кожної дієти використовували χ 2-тест. Статистичний аналіз розраховували з використанням R (R 2.1.1, R Development Core Team, Free Software Foundation, Бостон, Массачусетс, США).