Quallen und Fruchtfliegen geben Aufschluss über den Ursprung der Hungerregulierung

Zusammenfassung: Forscher wenden sich Quallen und Fruchtfliegen zu, um die Motivation für die Nahrungsaufnahme zu erforschen und ein neues Licht auf die Mechanismen zu werfen, die der Nahrungsregulation zugrunde liegen.

Quelle: Tohoku-Universität

Jahrzehntelange Forschung hat gezeigt, dass der Nahrungstrieb, nämlich Hunger und Sättigungsgefühl, von Hormonen und kleinen Proteinen, sogenannten Neuropeptiden, gesteuert wird. Sie kommen in einer Vielzahl von Organismen wie Menschen, Mäusen und Fruchtfliegen vor.

Ein solch weit verbreitetes Vorkommen deutet auf einen gemeinsamen evolutionären Ursprung hin. Um dieses Phänomen zu erforschen, wandte sich eine Forschungsgruppe Quallen und Fruchtfliegen zu und entdeckte einige überraschende Ergebnisse.

Obwohl Quallen vor mindestens 600 Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren mit Säugetieren hatten, sind ihre Körper einfacher. Sie haben diffuse Nervensysteme, sogenannte neuronale Netzwerke, im Gegensatz zu Säugetieren, die konkretere Strukturen wie das Gehirn oder die Ganglien haben. Quallen besitzen jedoch ein reiches Repertoire an Verhaltensweisen, darunter ausgeklügelte Futtersuchstrategien, Paarungsrituale, Schlafen und sogar Lernen.

Trotz ihrer wichtigen Position auf dem Baum des Lebens bleiben diese bemerkenswerten Kreaturen unerforscht, und es ist fast nichts darüber bekannt, wie sie ihre Nahrungsaufnahme kontrollieren.

Die Gruppe unter der Leitung von Hiromu Tanimoto und Vladimiros Toma von der Graduate School of Life Sciences der Universität Tohoku konzentrierte sich auf Cladonema, eine kleine Qualle mit gegabelten Tentakeln, die im Labor gezüchtet werden kann. Quallen regulieren, wie viel sie essen, je nachdem, wie hungrig sie sind.

„Zunächst haben wir Genexpressionsprofile in ausgehungerten und gefütterten Quallen verglichen, um die Mechanismen zu verstehen, die der Fütterungsregulierung zugrunde liegen“, sagte Tanimoto.

Der Ernährungsstatus veränderte die Expressionsniveaus mehrerer Gene, einschließlich einiger, die für Neuropeptide kodieren. Indem wir diese Neuropeptide synthetisierten und testeten, fanden wir fünf, die die Nahrungsaufnahme bei hungrigen Quallen reduzierten.“

Die Forscher verfeinerten dann, wie ein Neuropeptid, GLWamid, die Nahrungsaufnahme steuert. Eine detaillierte Verhaltensanalyse ergab, dass GLWamid die Tentakelverkürzung hemmt, ein entscheidender Schritt, um gefangene Beute zum Mund zu bewegen. Als die Forscher es GLWamid nannten, stellten sie fest, dass es in Motoneuronen vorhanden ist, die sich an der Basis von Tentakeln befinden, was zu erhöhten GLWamid-Spiegeln führt.

Dies führte zu dem Schluss, dass GLWamid in Cladonema als Sättigungssignal wirkt – ein Signal, das an das Nervensystem gesendet wird und anzeigt, dass der Körper genug zu essen hat.

Das Streben der Forscher, die evolutionäre Bedeutung dieses Befundes zu erforschen, endete jedoch nicht hier. Stattdessen suchten sie nach anderen Arten. Das Fressverhalten von Drosophila wird durch ein neuromuskuläres Peptid (MIP) reguliert.

Fruchtfliegen, denen MIP fehlt, fressen mehr Nahrung und werden schließlich fettleibig. Interessanterweise weisen MIP und GLWamid Ähnlichkeiten in ihrer Struktur auf, was darauf hindeutet, dass sie durch die Evolution verwandt sind.

„Da die Funktionen von GLWamide und MIP trotz 600 Millionen Jahren Divergenz erhalten geblieben sind, veranlasste uns dies zu der Überlegung, ob die beiden austauschbar sein könnten“, sagte Toma. „Und genau das haben wir getan, indem wir zuerst den Quallen MIP verabreicht haben und dann GLWamide in Fliegen ohne MIP exprimiert haben.“

Erstaunlicherweise reduzierte MIP die Cladonema-Nahrung, genau wie GLWamide es tat. Darüber hinaus verhinderte GLWamid in Fliegen eine abnormale Überernährung, was auf eine funktionelle Erhaltung des GLWamid/MIP-Systems in Quallen und Insekten hinweist.

Tanimoto merkt an, dass ihre Forschung die tiefen evolutionären Ursprünge dieses konservierten Sättigungssignals und die Bedeutung der Nutzung eines vergleichenden Ansatzes hervorhebt. „Wir hoffen, dass unser vergleichender Ansatz eine gezielte Untersuchung der Rolle von Molekülen, Neuronen und Schaltkreisen bei der Regulierung des Verhaltens in einem breiteren evolutionären Kontext anregen wird.“

Über diese Forschung in Neuroscience News

Autor: Pressebüro
Quelle: Tohoku-Universität
Kommunikation: Pressestelle – Universität Tohoku
Bild: Bild wird Hiromu Tanimoto gutgeschrieben

Ursprüngliche Suche: Geschlossener Zugang.
„Zur Entstehung des Appetits: GLWamid in Quallen repräsentiert ein vererbtes Sättigungsneuropeptid.Geschrieben von Hiromu Tanimoto et al. PNAS

eine Zusammenfassung

Zur Entstehung des Appetits: GLWamid in Quallen repräsentiert ein vererbtes Sättigungsneuropeptid.

Die Nahrungsaufnahme wird durch den inneren Zustand reguliert. Diese Funktion wird durch Hormone und Neuropeptide vermittelt, die in gängigen Modellarten besser charakterisiert sind. Die evolutionären Ursprünge solcher fütterungsregulierender Neuropeptide sind jedoch kaum verstanden. Wir haben Quallen verwendet Kladonem um diese Frage zu beantworten.

Unsere kombinierten Transkriptom-, Verhaltens- und anatomischen Ansätze identifizierten GLWamid als ein die Nahrungsaufnahme unterdrückendes Peptid, das bei dieser Qualle selektiv die Tentakelkontraktion hemmt. ich

n Drosophila DrosophilaDas muskelhemmende Peptid (MIP) ist ein sättigungsbindendes Peptid. Überraschenderweise fanden wir heraus, dass GLWamid und MIP in diesen evolutionär weit entfernten Arten für die Hemmung der Nahrungsaufnahme vollständig austauschbar waren.

Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Sättigungssignalisierungssysteme verschiedener Tiere einen uralten Ursprung haben.