Ett insulinhämmande protein kan vara ungdomens källa för myror och ger ledtrådar om åldrande hos andra arter, enligt en studie ledd av forskare vid New York University.

Publicerad i Science , visar studien att drottningmyror uppvisar hög metabolism för reproduktion utan att åldras genom att generera ett anti-insulinprotein som blockerar endast en del av insulinvägen som är ansvarig för åldrande.

Hos många djur är det att få många avkommor kopplat till en kortare livslängd. Denna avvägning mellan fertilitet och livslängd hos djur tros bero på hur närings- och metaboliska resurser allokeras.

Insulin – ett hormon som hjälper till att omvandla mat till energi – spelar en viktig roll i ämnesomsättningen, men också i åldrandet. Att producera ägg är energikrävande och kräver extra mat, vilket höjer insulinnivåerna, men ökad aktivitet hos insulinvägen som krävs för reproduktion leder till kortare livslängd hos de flesta djur. Däremot förlänger dietrestriktioner livet genom att hålla nere insulinnivåerna; faktiskt, andra forskare undersöker om fasta förbättrar livslängden.

Myror är ett anmärkningsvärt undantag från avvägningen mellan reproduktion och livslängd, eftersom deras drottningar – som är ansvariga för hela kolonins reproduktion – lever mycket längre än arbetsmyror samtidigt som de delar samma genom. Hos en art som den svarta trädgårdsmyran kan en drottning lägga en miljon ägg och leva i 30 år, medan hennes sterila arbetarsystrar bara lever i ett år. Hos Harpegnathos saltatormyror, en art av hoppande myror hemma i Indien som var i fokus för denna studie, lever drottningar vanligtvis i fem år medan arbetare bara lever i sju månader.

När Harpegnathos-drottningen dör i en koloni inträffar en märklig händelse:kvinnliga arbetsmyror duellerar varandra med sina antenner och tävlar om att bli nästa drottning. Duellvinnarna byter "kast" i myrsamhället och blir pseudoqueens, även kända som gamergates, medan de fortfarande är kvar i en arbetares (mindre) kropp. Pseudoqueens får drottningliknande beteenden, inklusive att lägga ägg, och deras förväntade livslängd ökar avsevärt från sju månader till fyra år. Men om de ersätts av en annan drottning, återgår de till sin arbetarstatus, slutar lägga ägg och deras livslängd förkortas tillbaka till sju månader.

"Genom att genomgå ett reversibelt "kastbyte" från arbetare till pseudoqueens som resulterar i en dramatisk ökning av både deras livslängd och förmåga att fortplanta sig, ger Harpegnathosmyror en unik möjlighet att studera hur åldrande och reproduktion kan kopplas bort, säger studiens medsenior. författaren Claude Desplan, Silverprofessor i biologi och neuralvetenskap vid NYU.

Med hjälp av RNA-sekvensering i bulk studerade forskarna vävnadsprover från både arbetare och pseudoqueens, med fokus på delar av myran som är involverad i metabolism och fortplantning, inklusive hjärnan, fettkroppen (lever av insekter) och äggstockar. De fann att myrorna som bytte från arbetare till pseudoqueen producerar mer insulin i sina hjärnor för att producera ägg. Detta ökade insulin resulterar i aktivering av en av de två huvudgrenarna av insulinsignaleringsvägen, MAPK, som kontrollerar metabolism och äggbildning.

Det ökade insulinet i pseudoqueens inducerar äggstocksutveckling, som sedan börjar producera ett insulinhämmande protein som kallas Imp-L2. Imp-L2 blockerar signalering i den andra huvudgrenen av insulinsignalvägen, AKT, som kontrollerar åldrandet och vars ökade aktivitet leder till kortare livslängd.

"De två huvudgrenarna av insulinsignalvägen verkar differentiellt reglera fertilitet och livslängd, med ökad signalering i den ena som hjälper reproduktionen hos pseudoqueens och minskad signalering i den andra i överensstämmelse med deras förlängda livslängd", säger studiens medförfattare Danny Reinberg. Terry och Mel Karmazin professor i biokemi och molekylär farmakologi vid NYU Grossman School of Medicine och en utredare från Howard Hughes Medical Institute.

"Detta samspel, som utvecklats i myror och kanske i andra insekter, kan bidra till den ovanliga livslängden och många avkommor i reproducerande myror", säger Hua Yan, studiens första författare och tidigare postdoktor vid NYU Grossman School of Medicine. som nu är biträdande professor i biologi vid University of Florida.

"Vårt arbete illustrerar också vikten av att använda lämpliga modellsystem för att ställa frågor om väsentliga biologiska frågor. Till exempel förlänger de flesta manipulationer av livslängden hos djur som möss eller flugor vanligtvis deras livslängd med 10 till 20 procent. Myror uppvisar anmärkningsvärda 500 procent. ökad livslängd, vilket gör att studera dem mycket kraftfullare", tillade Desplan.

Ytterligare studieförfattare inkluderar Comzit Opachaloemphan, Francisco Carmona-Aldana, Giacomo Mancini, Jakub Mlejnek, Nicolas Descostes, Bogdan Sieriebriennikov, Alexandra Leibholz, Long Ding och Maria Traficante från NYU och Xiaofan Zhou från South China Agricultural University. + Utforska vidare

I duellerande myror som tävlar om att bli drottning avgör beteendemässiga och molekylära signaler snabbt vem som vinner