hatások

  • elemeket
  • absztrakt
  • bevezetés
  • az eredmény
  • Az étrendi korlátozás változó hatása az introgresszív vonalakra
  • Az anya kikelésével összefüggő kvantitatív tulajdonságok lokuszainak azonosítása
  • A C. elegans vad izolátumainak természetes variációja
  • vita
  • mód
  • Izolál C. elegans
  • Élettartamú vizsgálatok IL és vad izolátumok számára
  • Anyák kikelése RIL-ben
  • Adatelemzés
  • További részletek
  • További információ
  • Excel fájlok
  • Kiegészítő adatkészlet
  • 2. kiegészítő adatkészlet
  • Hozzászólások

elemeket

  • öregedés
  • Evolúciós fejlődésbiológia
  • Mennyiségi tulajdonságok

absztrakt

Az étrendi korlátozás általános nem genetikai mechanizmusként működik, amely jelentősen meghosszabbíthatja az életet. Számos rendszerben azonban előfordult olyan eset, amikor a korlátozott táplálékbevitel vagy lerövidíti, vagy nem befolyásolja a hosszú élettartamot. Itt elemezzük az élettartamot és az elégtelen peptonszint révén bekövetkező táplálékkorlátozás hatását a vad izolátumok és introgresszív vonalak (fonálféreg Caenorhabditis elegans) élettartamára. Ezek az elemzések azonosítják a várható élettartam genetikai eltéréseit, a táplálkozás várható élettartamhoz viszonyított változásának eredményeként, valamint az anyai, matricidális és kikelés valószínűségében. Fontos, hogy vad izolátumokban és IL-ben olyan genotípusokat azonosítunk, amelyekben a peptidmegvonás által közvetített étrendi korlátozás csökkenti az életképességet. Rekombináns beltenyésztett vonalakban azonosítottunk egy olyan helyet is, amely befolyásolja az anyák kikelését. Ez a fenotípus szorosan összefügg az étrend korlátozásával C. elegans-ban. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a peptonmegvonás által közvetített étrendi korlátozás genotípusfüggő módon befolyásolja a C. elegans életképességét, csökkentve egyes genotípusok életképességét. Az étrendi korlátozásokhoz hasonló mechanizmus révén működhet.

Az öregedés univerzális jelenség, amelyben a progresszív változások végül halálhoz vezetnek. Az élettartamot számos tényező befolyásolhatja, az egyik az étrendi korlátozás (DR). A DR vagy a kalóriakorlátozás a kalóriabevitel csökkentése alultápláltság nélkül. Ez a genetikai beavatkozás jelentősen meghosszabbíthatja a különféle fajok életét az élesztőtől az egérig (pl. 1, 2, 3, 4, lásd az 5. áttekintést). A DR számos modellfajánál kimutatták, hogy a DR lassítja az olyan betegségekhez kapcsolódó életkorral kapcsolatos jellemzők megjelenését vagy súlyosságát, mint például a cukorbetegség, a demencia és a 4, 5, 6, 7 szív- és érrendszeri betegségek. A főemlősökön végzett vizsgálatok arra is utalnak, hogy a DR javíthatja a 8, 9 rhesusmajmok egészségét, bár az életképességre gyakorolt ​​hatás kevésbé egyértelmű, az egyik tanulmány a mortalitás csökkenését mutatta 9, míg a másik tanulmány az egészségi állapot javulását állapította meg, és nem gyakorolt ​​hatást a életképesség 8. 8. Mivel a DR hatása az emberi életképességre még mindig nem ismert, a felhalmozási adatok arra utalnak, hogy az alultápláltság nélküli DR javítja az öregedés jeleit (lásd a 10. áttekintést). További vizsgálatokra van szükség ahhoz, hogy jobban megértsük azokat a molekuláris folyamatokat, amelyek valószínűleg szerepet játszanak az egyes genotípus-függő DR-válaszokban az emberekben.

A DR életképességének meghosszabbításának általános esete ellenére vannak példák a 11. élesztőre, a 12. férgekre, a gyümölcslegyekre 13, a házi legyekre, a 14. patkányokra és a 16, 17, 18 egerekre, ahol a DR vagy nincs hatása, vagy akár csökkenti az életképességet. Ezen eltérések némelyike ​​a különböző módszertanoknak és a DR súlyosságának tudható be. Például a mediterrán gyümölcslegyek nem mutatták a hosszú élettartam növekedését mérsékelt DR esetén, és drámai módon megnövelték a mortalitást, amikor a DR szint elérte az 50% -ot 13. A genetikai háttér is fontos tényező. Például a DR-t nem találták a frissen fogott vad típusú egerekben, amelyeket a laboratóriumi alkalmazkodó állatok életének meghosszabbításával tartottak fenn 17. Hasonlóképpen, az életképesség változásai a DR reakcióra változóak voltak a rekombináns beltenyésztett 18 egér törzsek között, a DR több törzsnél rövidítette az életképességet, mint az elhúzódó életképességet. A DR-re adott válaszreakciókat a kezdő élesztőgomba (Saccharomyces cerevisiae) genetikailag heterogén populációjában is megfigyelték, a DR hatása a 11-es törzsek között 103% és 79% között mozgott.

A gerinctelen állatok viszonylag rövid élettartamuk és kísérleti nyomon követhetőségük miatt kiváló modellt nyújtanak az öregedés kutatására. Az egyik ilyen modellrendszer a fonálféreg Caenorhabditis elegans. A DR hatását a C. elegans életképességére számos módszerrel vizsgálták, beleértve olyan mutánsok (pl. Eat-2) alkalmazását, amelyek hiányosak a garat pumpálásában 19, axén tenyészetben 20, baktérium hígításban folyékony tenyészetekben 21, hígításban, vagy teljes peptoneltávolítás. a 22-es agarózlemezekről, UV-sugárzás és 3, 24 éheztetéssel elpusztított 23 baktérium használata Mindezek a kísérleti manipulációk sikeresen meghosszabbították az életet 25. A C. elegans-ban a DR-vel kapcsolatos élettartamot aktívan szabályozzák független és egymást átfedő utak. Ezek az utak evolúciósan konzerváltak és magukban foglalják; rapamicin (TOR) krónikus élelmiszer-korlátozás célpontja (erős étkezési-2 mutánsok és éhezési kezelés) 26, AMP-aktivált protein-kináz (AMPK) (középkorú baktériumlemez-hígítás és pepton-hígítás) 23, sirtuinok (enyhe DR vagy étkezési mutánsok) 2 gyenge hatással) 27 és inzulin/inzulinszerű növekedési faktor (IGF-1) jelátvitel (szakaszos táplálás) 28 .

A hosszú élettartamra gyakorolt ​​hatása mellett a C. elegans számos rossz étkezési körülményre, például a DR-re reagál, növelve az anyák kikelésének arányát, amikor a megtermékenyített petesejtek kikelnek a reproduktív traktusba, és az ebből származó utódokat az anya elfogyasztja. Az anyák kikelése a C. elegans-ban az öregedéssel is összefügg, az arány az életkor előrehaladtával növekszik a reproduktív időszakban. Az étrendre adott válaszként fokozott anyai kikelés jelenthet tehát stressz vagy sérülés hatásait, vagy adaptív szülői választ adhat az éhezésre 29, 30. Számos öregedési vizsgálat és a legtöbb C. elegans-on végzett DR-vizsgálat megakadályozta az anya kikelését, mivel a férgeket 5-fluorodeoxiuridin (FUdR) jelenlétében tesztelték, amely gyógyszer gátolja a sejtosztódást és megakadályozza a petesejtek kikelését. Ez azonban potenciálisan problematikus, ha figyelembe vesszük a DR-re adott válasz változását, mivel a FUDR kimutatták, hogy a 31., 32. genotípus függő módon befolyásolja az életképességet, és kölcsönhatásba lép a stressz-válaszsal 33. Az anyai kikelés variációjának genetikája szintén kevéssé ismert, és bár az anyák kikelését befolyásoló kvantitatív lokusz (QTL) tulajdonságokat kevéssé sikerült azonosítani34, nem ismert, hogy összefüggenek-e a várható élettartam változásaival.

az eredmény

Az étrendi korlátozás változó hatása az introgresszív vonalakra

Az anya kikelésével összefüggő kvantitatív tulajdonságok lokuszainak azonosítása

Annak tesztelésére, hogy lehetséges-e kombinálni az anya keltetőjének variációját több lókussal, egy N2 és CB485641 keresztezéséből készített RIL-t használtunk. Kiterjedt változékonyságot találtunk a RIL és az anya keltető bűncselekmény között (1a. Ábra). Megállapították, hogy az anyák kikelésének egyik fő QTL-je megközelítőleg az IL ewIR51 CB4856 introgressziós helyzetében volt (1b ábra; bal oldali CHR. IV), ez a QTL magyarázta a tulajdonságok 22,8% -os eltérését. Amikor a 66-os markert használtuk (a IV. Kromoszómán)

Ennek az anyai keltetőnek a QTL csúcsaként 5,2% -os hatást találtunk, így az anyai keltetési arány 10,4% -kal magasabb volt a CB4856 allélnél, mint az N2 allélnél (2. ábra). Ez megerősíti az anya 10% -os az ewIR51 kelése. Az ewIR21-ben és az ewIR40-ben talált két további helyet (1. táblázat) nem észleltünk a RIL-ben (1b. Ábra), bár ezeknek nagyobb volt a hatása, és az ewIR51-hez képest csaknem kétszeresére nőtt az anyák keltetése. Ez arra utal, hogy e két lókusz kölcsönhatásba lép a genetikai háttérrel. Az anyai bevitel tehát valószínűleg összetett poligén tulajdonság, és genetikailag kiegyensúlyozott a szülői vonalakban.

a ) Az anyák százalékos kikelése N2/CB4856 RIL, CB4856 (kék) és N2 (piros) esetében, ez transzgresszív szegregációt jelez. A soronkénti összes állat számát vörös számok jelzik az x tengelyen. b ) Az anya kikelésével elhunyt férgek százalékos arányának QTL-profilja. Jelentés (−log10 (p), kék vonalak) a marker helyzetéhez képest mega alappárokban (szürke függőleges vonalak 0 vonalon). A kromoszómanevek a panelek felett vannak felsorolva. A küszöbértéket (0,05; 1000 permutáció) pontozott piros vonal jelzi.

Teljes méretű kép

A RIL anyák kikelésének aránya a IV. Kromoszómán található alléljuk szerint csoportosítva

6M alappár, CB4856 (kék) és N2 (piros).

Teljes méretű kép

A C. elegans vad izolátumainak természetes variációja

Annak megvizsgálására, hogy az életképesség, az anyai kikelés és a peptonmegvonás hatása kiegyensúlyozott választás lehet-e a természetben, ezeket a tulajdonságokat 23 vad izolátumban és N2-ben tanulmányoztuk (3. és 4. ábra; 2. kiegészítő adatsor). Figyelemre méltó, hogy a peptonmegvonás a vad izolátumok körülbelül egyharmadánál csökkentette az életképességet az N2-hez képest, ennek hatása a JU1937 átlagos életképességének 4,5 napos növekedésétől a WN2003-as 2,8 napos csökkenésig terjedt (3. ábra). Ezekből az eredményekből arra következtethetünk, hogy a DR által közvetített DR-depletált pepton C. genetikájában genetikai eltérés tapasztalható, és hogy ez nem hosszabbítja meg az életképességet minden genotípusban. Nagy különbségeket találtunk az anyák kikelésében a vad izolátumok között is, de az IL-vel ellentétben úgy tűnik, hogy ez nem kapcsolódik a DR-gyengített pepton élettartamához vagy az életképességre gyakorolt ​​hatásához. Ezek az eredmények tehát valószínűleg a genotípus-függő környezeti reakciókat tükrözik.

Átlagos életképesség, ± SE, normál körülmények között (NGM) és (négyzetek) pepton. A fehér színnel jelölt területek jelzik a DR átlagos életre gyakorolt ​​hatását. A DR életképességre gyakorolt ​​hatását a bal oldali háromszögek is jelzik, a fenti pont a DR pozitív, lefelé pedig a DR negatív hatását jelzi. A nagy háromszögek jelentős különbséget jeleznek az NGM és a DR között.

Teljes méretű kép

A vad izolátumokat az anyák NGM-en történő kikelésének mértéke szerint rangsorolták. Vadon izolátumonként vizsgált állatok teljes száma és az x tengely piros számai által jelzett állapot.

Teljes méretű kép

vita

Ebben a tanulmányban a várható élettartam természetes változásaira, a pepton nélküli étrendi korlátozásra adott válaszra és az anyák kikelésére összpontosítottunk C. elegans-ban. IL-ben 3 QTL-t azonosítottunk, amelyek befolyásolták az életképességet, 3 befolyásolta a peptonmegvonásra adott reakciót, és 3 befolyásolta az anyák kikelését. Ez az elemzés megerősíti az IL 39 panel 5 korábban azonosított QTL életképességének 3-át (ewIR01, ewIR21, ewIR51). A vizsgálatok közötti különbségek valószínűleg a laboratóriumok közötti különbségek vagy a korábbi elemzésekben alkalmazott kis populációméretek miatt következnek be 39. A CB4856 genom összeállítása arra utal, hogy sok olyan régió van, ahol az N2 és a CB4856 között rendkívül nagy különbségek vannak 42 Ezen régiók elhelyezkedésének összehasonlítása az introgresszió határaival az elemzett IL-kben arra utal, hogy az IL-ek közül három (ewIR01, ewIR21, ewIR51) tartalmaz ilyen erősen divergáló régiókat, de nem tartalmaz ewlR18 és ewlR40. Ezért e különböző régiók életre gyakorolt ​​hatásai további elemzést igényelhetnek.

Azt is tapasztaltuk, hogy az IL-k eltérően reagálnak a peptonmegvonásra, a peptonmegvonás meghosszabbítja két IL élettartamát, nincs hatással a másik két IL-re, és csökkenti az ötödik IL élettartamát (1. táblázat). Kritikusan azt tapasztaltuk, hogy a peptonmegvonás genotípus-specifikus módon befolyásolja az életképességet, így valószínű, hogy még az enyhén közvetített DR által közvetített DR is befolyásolni fogja valamilyen QTL életképesség kimutatását. A DR módot a pepton teljes eltávolításával az NGM lemezekről a DR22 enyhe hatása miatt választották. Ilyen körülmények között az Escherichia coli OP50 nem nő a vérlemezkéken, de nem is pusztul el. Habár az étrendi beavatkozások molekuláris mechanizmusait még mindig nem ismerjük, ismert, hogy a DR különböző módszerei független és egymást átfedő utakon működnek 25. Például az alacsony energiájú AMPK érzékelésre van szükség a hígító baktériumok és peptonok élettartamának meghosszabbításához NGM 25 lemezeken. .

Három IL, amelyekben a peptonmegvonás nem hosszabbította meg az életképességet, mindkét táplálkozási rendben fokozott anyai kikelést mutatott, jelentős növekedést figyeltek meg a peptonmegvonásra adott válaszként. Bár a fokozott anyai keltetés nem magyarázza közvetlenül a peptonmegvonásra adott válasz hiányát, a QTL-ek közötti átfedés arra utal, hogy összefüggés van a peptonmegvonásra adott válasz és az anyák fokozott kikelésének között. Ennek oka valószínűleg a mindkét tulajdonságot befolyásoló mögöttes tényező. Az egyik lehetőség az, hogy az anya fokozott kikelését az anya peptonmentes környezetre adott reakciója okozza, amely önfeláldozáshoz vezet az utódok fejlődésének lehetővé tételére, amint azt 30 javasolja. Ez a forgatókönyv valószínűtlennek tűnik ebben az esetben, figyelembe véve a vonalak és az alkalmazott DR enyhe formája közötti különbségeket. Alternatív megoldásként a különbségek a CB4856 és a háttér N2 34 allélek közötti genetikai inkompatibilitásnak tudhatók be, ezek az inkompatibilitások mind az anyák kikelését, mind a DR-re adott választ befolyásolják.

Az anyai keltetés összehasonlítása IL-ben és RIL-ben (1. táblázat és 1b. Ábra) azt mutatja, hogy a RIL-ben talált fő QTL együtt lokalizálódik az IL-ben talált egyik QTL-lel (ewIR51). Az IL-ben a másik két QTL-t nem találtuk a RIL-ben. Ennek oka lehet a kísérleti beállítások különbségei vagy a RIL összetettebb háttere az IL-hez képest. Ennek oka lehet az allélok egyensúlya is a RIL-ben, amely számos kombinációban akadályozza a kikelő anyák fenotípusát. Ez a megfigyelés tükrözi a jellemző variáció megfigyelt mintázatát, amelyet az IL és RIL korábbi összehasonlításában azonosítottak C. elegans 34-ben, az IL elemzésével pedig több olyan lokusz található, amelyek befolyásolják a sajátosságot, mint a RIL-ben megfigyeltek. Ez azt jelentheti, hogy a megfigyelt hatások, különösen az ewIR40-ben megfigyelt peptonmegvonás hatására az életképesség megfigyelt csökkenése a CB4856 allélok és az N2 genetikai háttér közötti összeférhetetlenségből fakad.

A C. elegans-on végzett legtöbb vizsgálatot egyetlen kanonikus Bristol (N2) törzs felhasználásával végeztük referencia genotípusként. Az N2 törzset fagyasztás előtt körülbelül 13 évig folyamatosan tenyésztettük, egészen más körülményeknek téve ki, mint a vad 44, 45-ben. Ezért valószínűleg nagy mértékben alkalmazkodik a 44., 46. laboratóriumi körülményekhez, és ezáltal a hosszú élettartamot és a DR reakciót befolyásoló gének befolyásolhatók. A közelmúltban a C. elegans kutatásában nagyobb figyelmet fordítottak az N2 összehasonlítására a természetes vad izolátumok 35, 36, 37, 45, 47-vel. Mivel a genetikai variáció jelentősen befolyásolhatja a peptidmegvonás által közvetített DR-re adott választ, alaposabban meg kell vizsgálni a frissen nyert vad izolátumokat, hogy reálisabb képet kapjunk a DR hatásairól, és hogy megtaláljuk a polimorf allélokat, amelyek részt vesznek a DR. DR. Ez azt is hangsúlyozza, hogy a vizsgálatokat általában különböző genetikai körülmények között kell elvégezni.

mód

A C. elegans izolátumai

A felhasznált férgek N2 (Bristol), N2/CB4856 ILs ewIR1, ewIR18, ewIR21, ewIR40 és ewIR51 39, N2/CB4856 RIL 40, 41, 48, 49, 50, 51 és vad izolátumok 36 voltak (MA Felix JK adományozta) . A kiválasztott IL-k a hat korábban azonosított QTL-ből ötet tartalmaznak, amelyek rövidíthetik a CB4856 allél 39 élettartamát. Az ezen IL 39-ben azonosított további QTL életképességet nem tesztelték újra, mert a QTL régió npr-1-t tartalmaz. Mivel az N2 és a CB4856 közötti ingadozás a C. elegans számos tulajdonságát érinti, amelyek közül sokat az élelmiszer-rendelkezésre állásra gyakorolt ​​viselkedési hatások közvetítettek 52, 53, ezt a QTL-t ebben a tanulmányban nem elemezték. Az összes vonalat 20 ° C-on tartottuk standard fonálféreg-tenyésztő táptalajon (NGM), Escherichia coli OP50 táplálékforrásként 54 .

Élettartamú vizsgálatok IL és vad izolátumok számára

Anyák kikelése RIL-ben

Az anyai keltetések RIL-ben történő meghatározásához 40 szinkronizált férget figyeltünk RIL-re 1 héttel az L4 stádium után, és naponta regisztráltuk az anyai keltetők számát.

Adatelemzés

Az IL életképességét Kaplan-Meier túlélési görbékkel elemeztük, szignifikanciát a Minitab® Statistical Software (Mintab Ltd., Coventry) log-rank elemzéssel határoztuk meg. Az anyák kikelésének százalékos QTL-leképezését RIL-hez egyetlen marker 34-es modell alkalmazásával végeztük. Az adatokat WormQTL formátumban archiváljuk (//www.wormqtl.org) 56, 57, 58 .

További részletek

Hogyan lehet idézni ezt a cikket: Stastna, JJ et al. Genotípusfüggő hatások a túlélésre a Caenorhabditis elegans nélküli peptonokban. Sci. ismétlés. 5., 16259; doi: 10, 1038/srep16259 (2015).

További információ

Excel fájlok

Kiegészítő adatkészlet

2. kiegészítő adatkészlet

Hozzászólások

Megjegyzés benyújtásával elfogadja az Általános Szerződési Feltételeinket és a közösségi irányelveket. Ha bármi sértőnek vagy összeegyeztethetetlennek tűnik a feltételeinkkel vagy irányelveinkkel, jelölje meg nem megfelelőként.