залежні

  • предметів
  • реферат
  • вступ
  • результат
  • Змінні ефекти обмеження дієти на інтрогресивні лінії
  • Визначення локусів кількісних ознак, пов’язаних з штрихуванням матері
  • Природні зміни серед диких ізолятів C. elegans
  • обговорення
  • методи
  • Ізоляти C. elegans
  • Довічні тести на ІЛ та дикі ізоляти
  • Висиджування матерів у РІЛ
  • Аналіз даних
  • Детальніше
  • Додаткова інформація
  • Файли Excel
  • Додатковий набір даних
  • Додатковий набір даних 2
  • Коментарі

предметів

  • старіння
  • Еволюційна біологія розвитку
  • Кількісні властивості

реферат

Здається, обмеження в харчуванні діє як загальний негенетичний механізм, який може значно продовжити життя. Однак у багатьох системах були випадки, коли обмежене споживання їжі або скорочується, або не впливає на тривалість життя. Тут ми аналізуємо тривалість життя та вплив обмеження їжі через недостатній рівень пептону на тривалість життя у диких ізолятів та інтрогресивних ліній (нематода Caenorhabditis elegans). Ці аналізи виявляють генетичні коливання середньої тривалості життя, як результат цієї зміни в раціоні харчування та тривалості життя, а також імовірності висиджування матерів, матрицидів. Важливо, що в диких ізолятах та ІЛ ми виявляємо генотипи, при яких обмеження дієти, опосередковане депривацією пептидів, знижує життєздатність. У рекомбінантних інбредних лініях ми також виявили ділянку, яка впливає на інкубацію матері - фенотип, тісно пов’язаний з обмеженням харчування у C. elegans. Ці результати дозволяють припустити, що обмеження в харчуванні, опосередковане депривацією пептону, впливає на життєздатність C. elegans залежно від генотипу, зменшуючи життєздатність деяких генотипів. Він може працювати за механізмом, подібним до дієтичних обмежень.

Старіння - це універсальне явище, при якому прогресивні зміни з часом призводять до смерті. На тривалість життя може впливати безліч факторів, одним з яких є обмеження в харчуванні (DR). АД або обмеження калорій - це зменшення споживання калорій без недоїдання. Це генетичне втручання може значно продовжити життя різних видів від дріжджів до мишей (наприклад, 1, 2, 3, 4, див. 5 для огляду). У багатьох модельних видах ДР також було показано, що ДР уповільнює настання або тяжкість вікових особливостей, пов’язаних із такими захворюваннями, як діабет, деменція та серцево-судинні захворювання 4, 5, 6, 7. Дослідження на приматах також припускають, що ДР може поліпшити здоров'я макак-резусів 8, 9, хоча вплив на життєздатність менш чіткий, в одному дослідженні показано зниження смертності 9, в той час як в іншому дослідженні відзначено поліпшення стану здоров'я та відсутність впливу на життєздатність 8. 8. Оскільки вплив DR на життєздатність людини досі невідомий, дані накопичення свідчать про те, що DR без недоїдання покращує ознаки старіння (див. огляд 10). Потрібні додаткові дослідження, щоб дозволити краще зрозуміти молекулярні процеси, які, ймовірно, будуть залучені до індивідуальних генотипно-залежних реакцій на ДР у людей.

Незважаючи на загальний випадок продовження життєздатності DR, є приклади у дріжджів 11, глистів 12, плодових мух 13, домашніх мух 14, щурів 15 та мишей 16, 17, 18, де DR або не має ефекту, або навіть знижує життєздатність. Деякі з цих відхилень зумовлені різними методологіями та тяжкістю ДР. Наприклад, середземноморські плодові мухи не продемонстрували збільшення тривалості життя при помірному АД та різко збільшили смертність, коли рівень АД досяг 50% 13. Генетичний фон також є важливим фактором. Наприклад, ніякого ефекту DR не виявлено у свіжовиловлених диких мишей, які утримувались у режимі продовження життя лабораторно адаптованих тварин 17. Подібним чином, зміни життєздатності у відповідь на DR були різними між рекомбінантними інбредними штамами мишей 18, при цьому DR зменшував життєздатність у більшої кількості штамів, ніж тривала життєздатність. Змінні реакції на ДР спостерігались також у генетично неоднорідній популяції ниркових дріжджів (Saccharomyces cerevisiae), з ефектом ДР від 103% до 79% між штамами 11.

Види безхребетних забезпечують чудову модель досліджень старіння завдяки відносно короткому тривалості життя та експериментальній простежуваності. Однією з таких модельних систем є нематода Caenorhabditis elegans. Вплив DR на життєздатність C. elegans досліджували кількома методами, включаючи використання мутантів (наприклад, Eat-2), які не мають недостатності при нагнітанні глотки 19, культурі аксену 20, розведенні бактерій у рідких культурах 21, розведенні, або повне видалення пептону. з агарозних пластин 22, використання бактерій 23, убитих ультрафіолетовим випромінюванням та голодуванням 3, 24. Всі ці експериментальні маніпуляції мали успіх у продовженні життя 25. У C. elegans тривалість життя на АД активно регулюється через незалежні та перекриваються шляхи. Ці шляхи еволюційно збережені і включають; ціль рапаміцину (TOR) для хронічного обмеження їжі (сильне вживання їжі-2 мутантів та лікування голоду) 26, активована АМФ протеїнкіназа (AMPK) (розведення бактеріальних пластинок середнього віку та розведення пептону) 23, сиртуїни (легкий АД або мутанти, що харчуються) 2 із слабким ефектом) 27 та інсулін/інсуліноподібний фактор росту (IGF-1) сигналізація (періодичне годування) 28 .

На додаток до впливу на тривалість життя, C. elegans реагує на багато поганих харчових умов, таких як DR, збільшенням швидкості висиджування матері, коли запліднені яйцеклітини вилуплюються в репродуктивний тракт, а отримане потомство споживається матір’ю. Висиджування матері у C. elegans також пов’язане зі старінням, причому швидкість зростає з віком протягом репродуктивного періоду. Отже, посилене висиджування матері у відповідь на дієту може представляти наслідки стресу або травми або може бути адаптивною реакцією батьків на голодування 29, 30. Багато досліджень старіння та більшість досліджень ДР у C. elegans запобігали виведенню матері шляхом тестування на глистів у присутності 5-фтордеоксиуридину (FUdR), препарату, який пригнічує ділення клітин та запобігає вилупленню яєць. Однак це потенційно проблематично при розгляді змін у відповідь на DR, оскільки було показано, що FUDR впливає на життєздатність в залежності від генотипу 31, 32 та взаємодіє з реакцією на стрес 33. Генетика варіацій у виведенні матері також недостатньо вивчена, і хоча було виявлено невелику кількість кількісних ознак локусів (QTL), що впливають на висиджування матері34, невідомо, чи пов'язані вони з варіаціями тривалості життя.

результат

Змінні ефекти обмеження дієти на інтрогресивні лінії

Визначення локусів кількісних ознак, пов’язаних з штрихуванням матері

Щоб перевірити, чи можна поєднувати варіації інкубатора матері з кількома локусами, ми використовували RIL, виготовлений із схрещування між N2 та CB485641. Ми виявили значну варіативність між RIL та порушенням інкубації матері (рис. 1а). Було виявлено, що одна з основних QTL для виведення матері приблизно знаходиться в положенні інтрогресії CB4856 в IL ewIR51 (рис. 1b; ліва рука CHR. IV), причому цей QTL пояснює 22,8% варіації особливостей. Коли ми використовували маркер 66 (на хромосомі IV

6M), як пік цього QTL для інкубатора, ми виявили ефект 5,2%, так що рівень висиджування матері був на 10,4% вищим для алелю CB4856, ніж для алеля N2 (рис. 2). Це підтверджує 10% материнського інкубатора штрихування ewIR51. Два додаткові сайти, виявлені в ewIR21 та ewIR40 (таблиця 1), не були виявлені в RIL (рис. 1b), хоча вони мали більший ефект та збільшили висиджування матері майже вдвічі порівняно з ewIR51. Це говорить про взаємодію цих двох локусів з генетичним фоном. Отже, споживання матір’ю є, мабуть, складною полігенною ознакою та генетично збалансованим у батьківських лініях.

a ) Відсоток вилуплення матерів у N2/CB4856 RIL, CB4856 (синій) та N2 (червоний), це свідчить про трансгресивну сегрегацію. Загальна кількість тварин на рядок позначається червоними цифрами на осі х. b ) Профіль QTL для відсотка глистів, які загинули в результаті висиджування матері. Значення (−log10 (p), сині лінії), нанесене на графік щодо положення маркера в мегапарах базових пар (сірі вертикальні лінії на 0 рядках). Назви хромосом наведені над панелями. Порогове значення (0,05; 1000 перестановок) позначається пунктирною червоною лінією.

Повнорозмірне зображення

Швидкість висиджування матерів RIL, згрупованих за їхнім алелем на IV хромосомі в

6-ти базові пари, CB4856 (синій) і N2 (червоний).

Повнорозмірне зображення

Природні зміни серед диких ізолятів C. elegans

Щоб дослідити, чи життєздатність, вилуплення матері та ефект позбавлення пептону можуть бути збалансованим вибором у природі, ми вивчили ці властивості у 23 диких ізолятах та N2 (Рисунки 3 та 4; Додатковий набір даних 2). Примітно, що позбавлення пептону знижувало життєздатність приблизно на третині диких ізолятів порівняно з N2, причому ефект варіював від збільшення середньої життєздатності в JU1937 на 4,5 дня до зменшення на 2,8 дня у WN2003 (рис. 3). З цих результатів ми можемо зробити висновок, що у C. elegans є генетична варіація для опосередкованого DR пептину, що виснажується, і що він не продовжує життєздатність у всіх генотипах. Ми також виявили великі відмінності у виведенні матері між дикими ізолятами, але на відміну від ІЛ, схоже, це не пов'язано з тривалістю життя або ефектом виснаженого DR-пептону на життєздатність. Отже, ці результати можуть відображати залежні від генотипу реакції на навколишнє середовище.

Середня життєздатність, ± SE, за нормальних умов (NGM) та (квадрати) пептону. Білі позначені області вказують на вплив DR на середній термін служби. Вплив DR на життєздатність також вказується трикутниками ліворуч, точка вище вказує на позитивний ефект DR та вниз негативний ефект DR. Великі трикутники вказують на значну різницю між NGM та DR.

Повнорозмірне зображення

Дикі ізоляти класифікували за ступенем вилуплення їх матері на NGM. Загальна кількість випробуваних тварин на дикий ізолят та стан, показаний червоними цифрами на осі х.

Повнорозмірне зображення

обговорення

У цьому дослідженні ми зосередили увагу на природних варіаціях тривалості життя, реакції на обмеження в харчуванні без пептону та виведенні матері у C. elegans. У IL ми виявили 3 QTL, що впливають на життєздатність, 3 впливають на реакцію на депривацію пептону та 3 впливають на вилуплення матері. Цей аналіз підтверджує 3 (ewIR01, ewIR21, ewIR51) з 5 раніше визначених життєздатності QTL на цій панелі IL 39. Відмінності між дослідженнями, ймовірно, зумовлені різницею між лабораторіями або невеликою чисельністю популяції, використаною в попередніх аналізах 39. Складання геному CB4856 свідчить про те, що існує багато регіонів з надзвичайно великими відмінностями між N2 і CB4856 42. Порівняння розташування цих областей з межами інтрогресії в аналізованих ІЛ свідчить про те, що три ІЛ (ewIR01, ewIR21, ewIR51) містять такі сильно розбіжні області, але не містять ewlR18 та ewlR40. Тому вплив цих різних регіонів на життя може зажадати подальшого аналізу.

Ми також виявили, що ІЛ по-різному реагують на депривацію пептоном, депривація пептоном продовжує тривалість життя двох ІЛ, не впливаючи на інші два ІЛ і зменшує тривалість життя п'ятої ІЛ (таблиця 1). Критично важливо, що ми виявляємо, що депривація пептоном впливає на життєздатність специфічно для генотипу, тому, ймовірно, навіть опосередкований DR опосередкований DR вплине на виявлення певної життєздатності QTL. Режим DR з повним видаленням пептону з пластин NGM був обраний за його м’який ефект DR22. За цих умов кишкова паличка OP50 не росте на тромбоцитах, але не гине. Незважаючи на те, що молекулярні механізми дієтичних втручань все ще недостатньо вивчені, відомо, що різні методи АД працюють через незалежні та перекриваються шляхи 25. Наприклад, AMPK-зондування низькоенергетичного зондування необхідне для продовження терміну життя розріджуючих бактерій та пептонів на пластинах NGM 25. .

Три ІЛ, у яких депривація пептоном не змогла продовжити життєздатність, показали посилене вилуплення матері в обох режимах годування, причому значне збільшення спостерігалося у відповідь на депривацію пептоном. Хоча посилене висиджування матері безпосередньо не пояснює відсутність реакції на депривацію пептоном, перекриття між QTL свідчить про те, що існує взаємозв'язок між реакцією на депривацію пептоном та посиленим вилупленням матері. Можливо, це пов’язано з основним фактором, що впливає на обидві властивості. Одна з можливостей полягає в тому, що посилене висиджування матері спричинене реакцією матері на безпептонове середовище, що призводить до самопожертви, щоб дозволити розвиток нащадків, як припускає 30. Цей сценарій здається малоймовірним у цьому випадку, враховуючи відмінності між лініями та легкою формою застосованої АД. Альтернативно, відмінності зумовлені генетичною несумісністю між CB4856 та фоновими N2 34 алелями, причому ці несумісності впливають як на вилуплення матері, так і на реакцію на DR.

Порівняння інкубації матері у IL та RIL (таблиця 1 проти рис. 1b) вказує на те, що основний QTL, виявлений у RIL, ко-локалізується з одним з QTL, виявлених у IL (ewIR51). Інші два QTL в IL не були знайдені в RIL. Це може бути пов'язано з різницею в експериментальних умовах або більш складним передумовою RIL порівняно з IL. Причиною може бути також баланс алелів у RIL, які у багатьох комбінаціях перешкоджають фенотипу виведення маток. Це спостереження відображає спостережувану закономірність зміни ознак, виявлену в попередньому порівнянні IL та RIL у C. elegans 34, при аналізі IL виявляє більше локусів, що впливають на особливість, ніж спостерігається у RIL. Це може означати, що спостерігаються ефекти, зокрема спостерігається зниження життєздатності у відповідь на депривацію пептону, яке спостерігається у ewIR40, зумовлені несумісністю між алелями CB4856 та генетичним фоном N2.

Більшість досліджень на C. elegans проводили з використанням одного канонічного штаму Bristol (N2) як еталонного генотипу. Штам N2 витримували в безперервній культурі близько 13 років перед заморожуванням, піддаючи його дуже різним умовам, ніж у дикій природі 44, 45. Тому цілком ймовірно, що він значною мірою адаптується до лабораторних умов 44, 46, і, таким чином, це може вплинути на гени, що впливають на тривалість життя та реакцію DR. Останнім часом у дослідженнях C. elegans більше уваги приділяється порівнянню N2 з природними дикими ізолятами 35, 36, 37, 45, 47. Оскільки генетичні варіації можуть суттєво вплинути на реакцію на ДР, опосередковану депривацією пептидів, необхідно детальніше розглянути свіжоотримані дикі ізоляти, щоб отримати більш реалістичну картину наслідків ДР та знайти природні поліморфні алелі, що беруть участь у відповіді на ДОКТОР. ДОКТОР. Це також підкреслює необхідність проведення досліджень, як правило, в різних генетичних умовах.

методи

Ізоляти C. elegans

Використаними черв’яками були N2 (Бристоль), N2/CB4856 ILs ewIR1, ewIR18, ewIR21, ewIR40 та ewIR51 39, N2/CB4856 RIL 40, 41, 48, 49, 50, 51 та дикі ізоляти 36 (подаровано М.А. Феліком JK) . Вибрані ІЛ містять п’ять із шести раніше визначених QTL з потенційним скороченням життя алелю CB4856 39. Додаткова життєздатність QTL, виявлена ​​в цих IL 39, не перевірялася, оскільки область QTL містить npr-1. Оскільки коливання між N2 і CB4856 впливає на багато ознак C. elegans, багато з яких були опосередковані поведінковими ефектами на доступність їжі 52, 53, цей QTL не аналізувався в цьому дослідженні. Усі лінії підтримували при 20 ° C на стандартному середовищі для росту нематод (NGM) з Escherichia coli OP50 як джерелом їжі 54 .

Довічні тести на ІЛ та дикі ізоляти

Висиджування матерів у РІЛ

Щоб визначити інкубатор матері у RIL, протягом 1 тижня після стадії L4 спостерігали за 40 RIL, що синхронізувався, і щодня реєстрували кількість інкубаторів матері.

Аналіз даних

Життєздатність ІЛ аналізували, використовуючи криві виживання Каплана-Мейєра з достовірністю, визначеною за допомогою аналізу log-rank в статистичному програмному забезпеченні Minitab® (Mintab Ltd., Ковентрі). QTL-картографування відсотка вилуплення матері до RIL проводили за допомогою однієї маркерної моделі 34. Дані архівуються у форматі WormQTL (//www.wormqtl.org) 56, 57, 58 .

Детальніше

Як цитувати цю статтю: Stastna, JJ et al. Залежні від генотипу ефекти на виживання у пептонах, позбавлених Caenorhabditis elegans. Наук. Респ. 5, 16259; doi: 10, 1038/srep16259 (2015).

Додаткова інформація

Файли Excel

Додатковий набір даних

Додатковий набір даних 2

Коментарі

Надсилаючи коментар, ви погоджуєтесь дотримуватись наших Умов надання послуг та Правил спільноти. Якщо ви вважаєте щось образливим або не відповідаєте нашим умовам чи інструкціям, позначте це як невідповідне.