Kwallen en fruitvliegjes werpen licht op de oorsprong van hongerregulering

samenvatting: Onderzoekers wenden zich tot kwallen en fruitvliegen om de motivatie voor eten te onderzoeken en een nieuw licht te werpen op de mechanismen die ten grondslag liggen aan voedselregulatie.

bron: Tohoku-universiteit

Tientallen jaren van onderzoek hebben aangetoond dat de drang om te eten, namelijk honger en een vol gevoel, wordt gecontroleerd door hormonen en kleine eiwitten die neuropeptiden worden genoemd. Ze worden aangetroffen in een grote verscheidenheid aan organismen, zoals mensen, muizen en fruitvliegen.

Zo’n wijdverspreid voorkomen suggereert een gemeenschappelijke evolutionaire oorsprong. Om dit fenomeen te onderzoeken, wendde een onderzoeksgroep zich tot kwallen en fruitvliegen en ontdekte enkele verrassende resultaten.

Hoewel kwallen minstens 600 miljoen jaar geleden een gemeenschappelijke voorouder met zoogdieren deelden, zijn hun lichamen eenvoudiger. Ze hebben diffuse zenuwstelsels die neurale netwerken worden genoemd, in tegenstelling tot zoogdieren die meer concrete structuren hebben zoals de hersenen of ganglia. Kwallen hebben echter een rijk repertoire aan gedragingen, waaronder uitgebreide foerageerstrategieën, paringsrituelen, slapen en zelfs leren.

Ondanks hun belangrijke positie in de levensboom, blijven deze opmerkelijke wezens onbestudeerd en is er bijna niets bekend over hoe ze hun voedselinname beheersen.

De groep, geleid door Hiromu Tanimoto en Vladimiros Toma van de Graduate School of Life Sciences van Tohoku University, concentreerde zich op cladoema, een kleine kwal met gevorkte tentakels die in het laboratorium kan worden gekweekt. Kwallen regelen hoeveel ze eten op basis van hoeveel honger ze hebben.

“Ten eerste, om de mechanismen die ten grondslag liggen aan voedingsregulatie te begrijpen, vergeleken we genexpressieprofielen in uitgehongerde en gevoede kwallen, ” zei Tanimoto.

De voedingsstatus veranderde de expressieniveaus van verschillende genen, waaronder enkele die coderen voor neuropeptiden. Door deze neuropeptiden te synthetiseren en te testen, vonden we er vijf die het eten van hongerige kwallen verminderden.”

De onderzoekers verfijnden vervolgens hoe een neuropeptide, GLWamide, de voeding regelt. Een gedetailleerde gedragsanalyse onthulde dat GLWamide het verkorten van de tentakel remt, een cruciale stap om gevangen prooien naar de bek te brengen. Toen de onderzoekers het GLWamide noemden, ontdekten ze dat het aanwezig is in motorneuronen die zich aan de basis van de tentakels bevinden, waardoor verhoogde GLWamide-niveaus worden aangewakkerd.

Dit leidde tot de conclusie dat GLWamide, in Cladonema, werkt als een verzadigingssignaal – een signaal dat naar het zenuwstelsel wordt gestuurd om aan te geven dat het lichaam genoeg te eten heeft.

De zoektocht van de onderzoekers om de evolutionaire betekenis van deze bevinding te onderzoeken, stopte daar echter niet. In plaats daarvan keken ze naar andere soorten. De voedingspatronen van Drosophila worden gereguleerd door een neuromusculair peptide (MIP).

Fruitvliegen zonder MIP eten meer voedsel en worden uiteindelijk zwaarlijvig. Interessant is dat MIP en GLWamide overeenkomsten in hun structuur delen, wat aangeeft dat ze verwant zijn door evolutie.

“Aangezien de functies van GLWamide en MIP behouden zijn gebleven ondanks 600 miljoen jaar divergentie, heeft dit ons ertoe aangezet na te denken of de twee onderling uitwisselbaar zijn”, zei Toma. “En dat hebben we gedaan, eerst door MIP toe te dienen aan de kwal en vervolgens GLWamide uit te drukken in vliegen zonder MIP.”

Verbazingwekkend genoeg verminderde MIP de voeding van Cladonema, net zoals GLWamide deed. Bovendien verhinderde GLWamide in vliegen abnormaal overeten, wat wijst op functioneel behoud van het GLWamide/MIP-systeem in kwallen en insecten.

Tanimoto merkt op dat hun onderzoek de diepe evolutionaire oorsprong van dit geconserveerde verzadigingssignaal en het belang van een vergelijkende benadering benadrukt. “We hopen dat onze vergelijkende benadering gericht onderzoek zal inspireren naar de rol van moleculen, neuronen en circuits bij het reguleren van gedrag binnen een bredere evolutionaire context.”

Over dit onderzoek in Neuroscience News

auteur: perskantoor
bron: Tohoku-universiteit
communicatie: Persdienst – Universiteit van Tohoku
afbeelding: Afbeelding toegeschreven aan Hiromu Tanimoto

Oorspronkelijke zoekopdracht: Gesloten toegang.
“Wat betreft de oorsprong van eetlust: GLWamide in kwallen vertegenwoordigt een overgeërfd verzadigingsneuropeptide.Geschreven door Hiromu Tanimoto et al. PNAS

een samenvatting

Wat betreft de oorsprong van eetlust: GLWamide in kwallen vertegenwoordigt een overgeërfd verzadigingsneuropeptide.

De voedselinname wordt gereguleerd door de interne toestand. Deze functie wordt gemedieerd door hormonen en neuropeptiden, die beter worden gekarakteriseerd in gewone modelsoorten. De evolutionaire oorsprong van dergelijke voedingsregulerende neuropeptiden wordt echter slecht begrepen. We gebruikten kwallen cladoema om deze vraag te beantwoorden.

Onze gecombineerde transcriptomische, gedrags- en anatomische benaderingen identificeerden GLWamide als een voedingsonderdrukkend peptide dat selectief het terugtrekken van de tentakel in deze kwal remt. I

n Drosophila Drosophila, spierremmend peptide (MIP) is een verzadigingsbindend peptide. Verrassend genoeg ontdekten we dat GLWamide en MIP volledig uitwisselbaar waren in deze evolutionair verre soorten voor voedingsremming.

Onze resultaten geven aan dat de verzadigingssignaleringssystemen van diverse dieren een oude oorsprong delen.