Preview

Вестник Московского университета. Серия 16. Биология

Расширенный поиск

ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭНДОКРИННЫЕ ДЕТЕРМИНАНТЫ РАЗЛИЧИЙ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ МЕЖДУ КАСТАМИ СОЦИАЛЬНЫХ НАСЕКОМЫХ

Полный текст:

Аннотация

Cоциальные насекомые являются перспективными модельными организмами при изучении механизмов, определяющих потенциал долгожительства. Они имеют кастовую систему, в которой существенно различающиеся по продолжительности жизни фенотипы возникают на основе идентичных геномов. У пчелы выбор различных “онтогенетических траекторий” зависит от длительности питания специфической питательной смесью (маточным молочком) на стадии личинки. Более длительное кормление маточным молочком приводит к формированию у королевы эпигенома, отличающегося от эпигенома рабочей пчелы. Подобные эпигенетические различия в свою очередь индуцируют эндокринные изменения, проявляющиеся в увеличении синтеза ювенильного гормона и активизации сигнального пути TOR (target of rapamycin), а также в модуляции инсулинового сигнального пути у “королевских” личинок. У взрослых особей от этих процессов зависит уровень синтеза вителлогенина (предшественника желтка яиц, в значительной степени влияющего на многие аспекты онтогенеза насекомых). В представленном обзоре обсуждаются эпигенетические и эндокринные механизмы, обусловливающие формирование контрастных по длительности жизни каст социальных насекомых.

Об авторе

А. М. Вайсерман
ГУ “Институт геронтологии им. Д.Ф. Чеботарева” НАМН Украины, Киев, Украина
Россия
докт. мед. наук, зав. лабораторией эпигенетики Тел.: +38 (044) 431-05-58


Список литературы

1. Vaiserman A.M. Early-life nutritional programming of longevity // J. Dev. Orig. Health Dis. 2014. Vol. 5. N 5. P. 325–338.

2. Münch D., Kreibich C.D., Amdam G.V. Aging and its modulation in a long-lived worker caste of the honey bee // J. Exp. Biol. 2013. Vol. 216. N 9. P. 1638–1649.

3. Remolina S.C., Hughes K.A. Evolution and mechanisms of long life and high fertility in queen honey bees // Age (Dordr). 2008. Vol. 30. N 2–3. P. 177–185.

4. Winston M.L. The biology of the honey bee. Cambridge: Harvard Univ. Press, 1991. 294 p.

5. Welch M., Lister R. Epigenomics and the control of fate, form and function in social insects // Curr. Opin. Insect Sci. 2014. Vol. 1. P. 31–38.

6. Weiner S.A., Toth A.L. Epigenetics in social insects: a new direction for understanding the evolution of castes // Genet. Res. Int. 2012. Vol. 2012. ID: 609810.

7. Klose R.J., Bird A.P. Genomic DNA methylation: the mark and its mediators // Trends Biochem. Sci. 2006. Vol. 31. N 2. P. 89–97.

8. Ванюшин Б.Ф. Эпигенетика сегодня и завтра // Вавиловский журн. генет. и селекции. 2013. T. 17. № 4/2. С. 805–832.

9. Lyko F., Maleszka R. Insects as innovative models for functional studies of DNA methylation // Trends Genet. 2011. Vol. 27. N 4. P. 127–131.

10. Kucharski R., Maleszka J., Foret S., Maleszka R. Nutritional control of reproductive status in honeybees via DNA methylation // Science. 2008. Vol. 319. N 5871. P. 1827–1830.

11. Lyko F., Foret S., Kucharski R., Wolf S., Falckenhayn C., Maleszka R. The honey bee epigenomes: differential methylation of brain DNA in queens and workers // PLoS Biol. 2010. Vol. 8. N 11. e1000506.

12. Foret S., Kucharski R., Pellegrini M., Feng S., Jacobsen S.E., Robinson G.E., Maleszka R. DNA methylation dynamics, metabolic fluxes, gene splicing, and alternative phenotypes in honey bees // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012. Vol. 109. N 13. P. 4968–4973.

13. Ikeda T., Furukawa S., Nakamura J., Sasaki M., Sasaki T. CpG methylation in the hexamerin 110 gene in the European honeybee, Apis mellifera // J. Insect. Sci. 2011. Vol. 11. N 1. P. 74.

14. Shi Y.Y., Huang Z.Y., Zeng Z.J., Wang Z.L., Wu X.B., Yan W.Y. Diet and cell size both affect queen-worker differentiation through DNA methylation in honey bees (Apis mellifera, Apidae) // PLoS One. 2011. Vol. 6. N 4. e18808.

15. Shi Y.Y., Yan W.Y., Huang Z.Y., Wang Z.L., Wu X.B., Zeng Z.J. Genomewide analysis indicates that queen larvae have lower methylation levels in the honey bee (Apis mellifera) // Naturwissenschaften. 2013. Vol. 100. N 2. P. 193–197.

16. Bonasio R., Li Q., Lian J. et al. Genome-wide and caste-specific DNA methylomes of the ants Camponotus floridanus and Harpegnathos saltator // Curr. Biol. 2012. Vol. 22. N 19. P. 1755–1764.

17. Bonasio R., Zhang G., Ye C. et al. Genomic comparison of the ants Camponotus floridanus and Harpegnathos saltator // Science. 2010. Vol. 329. N 5995. P. 1068–1071.

18. Rothbart S.B., Strahl B.D. Interpreting the language of histone and DNA modifications // Biochim. Biophys. Acta. 2014. Vol. 1839. N 8. P. 627–643.

19. Simola D.F., Ye C., Mutti N.S., Dolezal K., Bonasio R., Liebig J., Reinberg D., Berger S.L. A chromatin link to caste identity in the carpenter ant Camponotus floridanus // Genome Res. 2013. Vol. 23. N 3. P. 486–496.

20. Spannhoff A., Kim Y.K., Raynal N.J., Gharibyan V., Su M.B., Zhou Y.Y., Li J., Castellano S., Sbardella G., Issa J.P., Bedford M.T. Histone deacetylase inhibitor activity in royal jelly might facilitate caste switching in bees // EMBO Rep. 2011. Vol. 12. N. 3. P. 238–243.

21. Weaver D.B., Anzola J.M., Evans J.D., Reid J.G., Reese J.T., Childs K.L., Zdobnov E.M., Samanta M.P., Miller J., Elsik C.G. Computational and transcriptional evidence for microRNAs in the honey bee genome // Genome Biol. 2007. Vol. 8. N 6. P. 97.

22. Guo X., Su S., Skogerboe G., Dai S., Li W., Li Z., Liu F., Ni R., Guo Y., Chen S., Zhang S., Chen R. Recipe for a busy bee: microRNAs in honey bee caste determination // PLoS One. 2013. Vol. 8. N 12. e81661.

23. Corona M., Estrada E., Zurita M. Differential expression of mitochondrial genes between queens and workers during caste determination in the honeybee Apis mellifera // J. Exp. Biol. 1999. Vol. 202. N 8. P. 929–938.

24. Evans J.D., Wheeler D.E. Differential gene expression between developing queens and workers in the honey bee, Apis mellifera // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. Vol. 96. N 10. P. 5575–5580.

25. Cristino A.S., Nunes F.M., Lobo C.H., Bitondi M.M., Simões Z.L., da Fontoura Costa L., Lattorff H.M., Moritz R.F., Evans J.D., Hartfelder K. Caste development and reproduction: a genome-wide analysis of hallmarks of insect eusociality // Insect Mol. Biol. 2006. Vol. 15. N 5. P. 703–714.

26. Begna D., Fang Y., Feng M., Li J. Mitochondrial proteins differential expression during honeybee (Apis mellifera L.) queen and worker larvae caste determination // J.Proteome Res. 2011. Vol. 10. N 9. P. 4263–4280.

27. Barchuk A.R, dos Santos Cristino A., Kucharski R., da Fontoura Costa L., Simies Z.L.P., Maleszka R. Molecular determinants of caste differentiation in the highly eusocial honeybee Apis mellifera // BMC Dev. Biol. 2007. Vol. 7. N 70.

28. Chen X., Hu Y., Zheng H., Cao L., Niu D., Yu D., Sun Y., Hu S., Hu F. Transcriptome comparison between honey bee queen- and worker-destined larvae // Insect Biochem. Mol. Biol. 2012. Vol. 42. N 9. P. 665–673.

29. Grozinger C.M., Fan Y., Hoover S.E., Winston M.L. Genome-wide analysis reveals differences in brain gene expression patterns associated with caste and reproductive status in honey bees (Apis mellifera) // Mol. Ecol. 2007. Vol. 16. N 22. P. 4837–4848.

30. Azevedo S.V., Caranton O.A., de Oliveira T.L., Hartfelder K. Differential expression of hypoxia pathway genes in honey bee (Apis mellifera L.) caste development // J. Insect Physiol. 2011. Vol. 57. N 1. P. 38–45.

31. Aamodt R.M. Age- and caste-dependent decrease in expression of genes maintaining DNA and RNA quality and mitochondrial integrity in the honeybee wing muscle // Exp. Gerontol. 2009. Vol. 44. N 9. P. 586–593.

32. Pereboom J.J., Jordan W.C., Sumner S., Hammond R.L., Bourke A.F. Differential gene expression in queen-worker caste determination in bumble-bees // Proc. Biol. Sci. 2005. Vol. 272. N 1568. P. 1145–1152.

33. Feldmeyer B., Elsner D., Foitzik S. Gene expression patterns associated with caste and reproductive status in ants: worker-specific genes are more derived than queen-specific ones // Mol. Ecol. 2014. Vol. 23. N 1. P. 151–161.

34. Koch S.I., Groh K., Vogel H., Hansson B.S., Kleineidam C.J., Grosse-Wilde E. Caste-specific expression patterns of immune response and chemosensory related genes in the leaf-cutting ant, Atta vollenweideri // PLoS One. 2013. Vol. 8. N 11. e81518.

35. Gräff J., Jemielity S., Parker J.D., Parker K.M., Keller L. Differential gene expression between adult queens and workers in the ant Lasius niger // Mol. Ecol. 2007. Vol. 16. N 3. P. 675–683.

36. Corona M., Hughes K.A., Weaver D.B., Robinson G.E. Gene expression patterns associated with queen honey bee longevity // Mech. Ageing Dev. 2005. Vol. 126. N 11. P. 1230– 1238.

37. Parker J.D., Parker K.M., Sohal B.H., Sohal R.S., Keller L. Decreased expression of Cu-Zn superoxide dismutase 1 in ants with extreme lifespan // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. Vol. 101. N 10. P. 3486–3489.

38. Capella I.C., Hartfelder K. Juvenile hormone effect on DNA synthesis and apoptosis in caste-specific differentiation of the larval honey bee (Apis mellifera L.) ovary // J. Insect Physiol. 1998. Vol. 44. N 5–6. P. 385–391.

39. Wheeler D.E., Buck N., Evans J.D. Expression of insulin pathway genes during the period of caste determination in the honey bee, Apis mellifera // Insect Mol. Biol. 2006. Vol. 15. N 5. P. 597–602.

40. de Azevedo S.V., Hartfelder K. The insulin signaling pathway in honey bee (Apis mellifera) caste development — differential expression of insulin-like peptides and insulin receptors in queen and worker larvae // J. Insect Physiol. 2008. Vol. 54. N 6. P. 1064–1071.

41. Wang Y., Azevedo S.V., Hartfelder K., Amdam G.V. Insulin-like peptides (AmILP1 and AmILP2) differentially affect female caste development in the honey bee (Apis mellifera L.) // J. Exp. Biol. 2013. Vol. 216. N 23. P. 4347–4357.

42. Wolschin F., Mutti N.S., Amdam G.V. Insulin receptor substrate influences female caste development in honeybees // Biol. Lett. 2011. Vol. 7. N 1. P. 112–115.

43. Kamakura M. Royalactin induces queen differentiation in honeybees // Nature. 2011. Vol. 473. N 7348. P. 478–483.

44. Patel A., Fondrk M.K., Kaftanoglu O., Emore C., Hunt G., Frederick K., Amdam G.V. The making of a queen: TOR pathway is a key player in diphenic caste development // PLoS One. 2007. Vol. 2. N 6. e509.

45. Shao X.L., He S.Y., Zhuang X.Y., Fan Y., Li Y.H., Yao Y.G. mRNA expression and DNA methylation in three key genes involved in caste differentiation in female honeybees (Apis mellifera) // Dongwuxue Yanjiu (Zool. Res.). 2014. Vol. 35. N 2. P. 92–98.

46. Mutti N.S., Dolezal A.G., Wolschin F., Mutti J.S., Gill K.S., Amdam G.V. IRS and TOR nutrient-signaling pathways act via juvenile hormone to influence honey bee caste fate // J. Exp. Biol. 2011. Vol. 214. N 23. P. 3977–3984.

47. Wheeler D.E., Buck N.A., Evans J.D. Expression of insulin/insulin-like signalling and TOR pathway genes inhoney bee caste determination // Insect Mol. Biol. 2014. Vol. 23. N 1. P. 113–121.

48. 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. USA. 2006. Vol. 103. N 4. P. 962–967.

49. Corona M., Velarde R.A., Remolina S., Moran-Lauter A., Wang Y., Hughes K.A., Robinson G.E. Vitellogenin, juvenile hormone, insulin signaling, and queen honey bee longevity // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. Vol. 104. N 17. P. 7128–7133.

50. Vaiserman A. Developmental epigenetic programming of caste-specific differences in social insects: an impact on longevity // Curr. Aging Sci. 2014. Vol. 7. N 3. P. 176–186.


Для цитирования:


Вайсерман А.М. ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭНДОКРИННЫЕ ДЕТЕРМИНАНТЫ РАЗЛИЧИЙ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ МЕЖДУ КАСТАМИ СОЦИАЛЬНЫХ НАСЕКОМЫХ. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2015;(4):8-14.

For citation:


Vaiserman A.M. EPIGENETIC AND ENDOCRINE DETERMINANTS OF DIFFERENCES IN LIFESPAN BETWEEN CASTES OF SOCIAL INSECTS. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2015;(4):8-14. (In Russ.)

Просмотров: 134


ISSN 0137-0952 (Print)