Антиинсулиновый белок связан с долголетием и размножением муравьев

Согласно исследованию, проведенному учеными Нью-Йоркского университета, белок, подавляющий инсулин, может быть источником молодости для муравьев и дает представление о старении у других видов.

У многих животных наличие большого количества потомства связано с более короткой продолжительностью жизни. Считается, что этот компромисс между фертильностью и долголетием у животных является результатом того, как распределяются пищевые и метаболические ресурсы.

Инсулин — гормон, который помогает преобразовывать пищу в энергию — играет важную роль в обмене веществ, а также в процессе старения. Производство яиц энергоемко и требует дополнительной пищи, что повышает уровень инсулина, но это в свою очередь приводит к сокращению продолжительности жизни у большинства животных. Напротив, диетические ограничения продлевают жизнь, снижая уровень инсулина.

Муравьи являются заметным исключением из компромисса между воспроизводством и долголетием, поскольку их королевы, отвечающие за воспроизводство всей колонии, живут намного дольше, чем рабочие муравьи, имея один и тот же геном. У таких видов, как черный садовый муравей, матка может отложить миллион яиц и прожить 30 лет, в то время как ее бесплодные рабочие сестры живут всего год. У муравьёв- Harpegnathos saltator, вида прыгающих муравьёв, родом из Индии, который был в центре внимания этого исследования, королевы обычно живут пять лет, а рабочие живут всего семь месяцев.

Когда королева Harpegnathos умирает в колонии, происходит своеобразное событие: рабочие муравьи-самки сражаются друг с другом своими антеннами, соперничая за право стать следующей королевой. Победители дуэли меняют «касту» в муравьином обществе и становятся псевдокоролевами, также известными как геймергейты, оставаясь при этом в теле рабочего, не изменяясь каким либо образом в росте. Псевдокоролевы приобретают маточное поведение, в том числе откладывают яйца, а продолжительность их жизни существенно увеличивается с семи месяцев до четырех лет. Но если их заменить другой маткой, они возвращаются к своему рабочему статусу, перестают откладывать яйца, и их продолжительность жизни сокращается до семи месяцев.

«Проходя обратимое «переключение каст» от рабочих к псевдокоролевам, что приводит к резкому увеличению как их продолжительности жизни, так и способности к размножению, муравьи Harpegnathos предоставляют уникальную возможность изучить, как старение и размножение могут быть связаны», — сказал один из руководителей исследования, автор Клод Десплан, профессор биологии и неврологии Нью-Йоркского университета.

Используя массовое секвенирование РНК, исследователи изучили образцы тканей как рабочих, так и псевдокоролев, сосредоточив внимание на частях муравья, участвующих в метаболизме и размножении, включая мозг, жировое тело (печень насекомых) и яичники. Они обнаружили, что муравьи, которые перешли от рабочих к псевдокоролевам, производят больше инсулина в своем мозгу, чтобы производить яйца. Это увеличение инсулина приводит к активации одной из двух основных ветвей сигнального пути инсулина - МАРК -  который контролирует метаболизм и образование яйцеклеток.

Повышенный уровень инсулина у псевдокоролев индуцирует развитие яичников, которые затем начинают вырабатывать белок, подавляющий инсулин, называемый Imp-L2. Imp-L2 блокирует передачу сигналов в другой основной ветви пути передачи сигналов инсулина - AKT - который контролирует старение и чья повышенная активность приводит к сокращению продолжительности жизни.

«Две основные ветви сигнального пути инсулина, по-видимому, по-разному регулируют фертильность и продолжительность жизни, при этом повышенная передача сигналов в одной способствует размножению у псевдокоролев, а снижение передачи сигналов в другой соответствует увеличению их продолжительности жизни», — сказал соавтор исследования Дэнни Рейнберг, профессор биохимии и молекулярной фармакологии в Медицинской школе Гроссмана Нью-Йоркского университета и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.

«Наша работа также иллюстрирует важность использования соответствующих модельных систем, чтобы задавать вопросы по важным биологическим вопросам. Например, большинство манипуляций с долголетием у животных, таких как мыши или мухи, обычно увеличивают продолжительность их жизни на 10–20 процентов. Муравьи демонстрируют замечательный 500-процентный показатель увеличения продолжительности жизни, что делает их изучение гораздо более продуктивным», — добавил Десплан.