Регистрация / Вход
Прислать материал

Влияние нейрон-специфичной сверхэкспрессии генов циркадных ритмов на продолжительность жизни Drosophila melanogaster

Сведения об участнике
ФИО
Соловьёв Илья Андреевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о жизни и медицина
Раздел области наук
Общая биология и генетика
Тема
Влияние нейрон-специфичной сверхэкспрессии генов циркадных ритмов на продолжительность жизни Drosophila melanogaster
Резюме
В настоящей работе предпринята попытка компенсировать возраст-зависимую недостаточность экспрессии генов циркадных ритмов в нервной системе модельного объекта Drosophila melanogaster в целях продления жизни последнего. Сверхэкспрессия генов интереса, в числе которых сyc, clk, per, tim и cry, осуществлялась при помощи UAS-GAL4 (gene-switch) молекулярной системы, активируемой драйвером ELAV в нервной ткани, в результате сверхэкспрессия генов cry, per, cyc, tim приводила к продлению жизни плодовых мух, в то время, как активация clk вела к сокращению. Данные эффекты обусловлены тесной сопряженностью циркадного осциллятора и многих генетических детерминант процесса старения.
Ключевые слова
Циркадные ритмы, старение, транскриптом, Drosophila
Цели и задачи
Целью данной работы является изучение влияния на продолжительность жизни особей Drosophila melanogaster эктопической кондиционной сверхэкспрессии генов циркадных ритмов, способной компенсировать, возраст-зависимую недостаточность уровней экспрессии упомянутых генов. Кроме этого, планируется изучить влияние гиперкомпенсации экспрессии генов циркадных ритмов, дополнительно активирующей системы, формирующие ответ клетки на воздействия стрессоров, в качестве механизма адаптации к процессу естественного старения.
Задачи:
1) Анализ литературы.
2) Описание методики проведения эксперимента.
3) Оценка параметров продолжительности жизни D. melanogaster.
4) Анализ полученных результатов и их обсуждение.
Введение

Известно, что гены-регуляторы циркадных ритмов сyc, clk, per, tim, cry изменяют уровни экспрессии в тканях в процессе старения. Исследовав при помощи онлайн-инструментов NCBI GEO Datasets и Profiles полученные Zou et al. (2000) профили экспрессии генов осциллятора, мы выяснили, что в головах 47-дневных имаго дрозофилы наблюдается повышение концентрации cyc и tim, а clk, cry и per проявляют недостаточность экспрессии относительно показателей контрольной группы 3-дневных имаго. Результаты анализа литературы позволили сформулировать гипотезу.

Компенасация, либо гиперкомпенсация недостаточности экспрессии генов циркадных ритмов в нервной системе способна продлить жизнь дрозофилы, повысив стрессоустойчивость последней.

Методы и материалы

При постановке эксперимента использовались: Линии y, w; UAS-cry2.4/CyO, w; UAS-HA-clk #sit и y, w; UAS-cry12/TM2. Линии w; UAS-per10 и w; UAS-per24, а также w; UAS-cyc #6 и y, w; tim°; P{tim+HA}-2. Драйверная линия с мифепристон-идуцибельным нейрон-специфичным транскрипционным фактором y; P{ELAV-GeneSwitch-GAL4}. Для кондиционной сверхэкспрессии генов интереса  самок-носительниц  скрещивали с самцами линии ELAV, затем их потомству, сразу после лёта разделенному по половому признаку, в корм с дрожжевой пастой вносили: опытной группе - RU486 (Mifepristone,“Sigma”) и контрольной – спирт этиловый 98% в разведении 1:100.  Мух содержали при 25оС и 12-ти часовом режиме освещения на стандартной агарно-дрожжевой среде. По возможности ежедневно подсчитывали число умерших мух. Для статистической оценки достоверности различий между выборками использовали критерий Колмогорова-Смирнова, чтобы обнаружить воздействие веществ. Критериями Гехана-Бреслоу-Уилкоксона и Мантела-Кокса пользовались для оценки различий между медианами продолжительности жизни. При выявлении различий между показателями  90% -смертности был применен тест Ванг-Элисона. В когорту по каждому генотипу входило не менее 300 особей, опыты выполнены в трех биологических повторностях.

Описание и обсуждение результатов

Мифепристон-индуцибельная кондиционная сверхэкспрессия генов циркадных ритмов  в центральной нервной системе дрозофилы изменила значения медиан продолжительности жизни, как, впрочем, и время 90% смертности особей обоих полов.

Прирост медианной ПЖ составил по 4% у самцов линий со сверхэкспрессией генов per24 (p<0.05) и cyc (p<0.001),  равное указанным выше значениям увеличение времени 90% смертности отмечалось лишь во втором случае (p<0.001). На самцах со сверхэкспрессией гена tim был получен интереснейший эффект достоверного равенства медиан ПЖ в опыте и контроле при ничтожном снижении времени 90% смертности (p<0.01). Самки со сверхактивированным tim показали 10%-ый прирост медианной ПЖ (p<0.0001) и 4%-ый времени 90%-ой смертности (p<0.001). Самки линии со сверхэкспрессией гена per10 жили на 5.4% дольше контрольной группы (p<0.0001), 5% составил в их случае прирост времени 90% смертности (p<0.001). Увеличение медианной ПЖ на 10% было обнаружено и в случае со сверхактивацией у самок гена cry12 (p<0.01). Отметим отдельно эффект 10%-ого снижения медианной ПЖ у самок линии, сверхэкспрессирующей при кормлении мифепристоном clk (p<0.01) 

Полученные результаты, дают основания полагать, что выдвинутая нами гипотеза верна. Компенсация недостаточности экспрессии генов циркадных ритмов клетках нервной системы (per, cry) способна продлять жизнь дрозофилы, но также к желаемому результату приводит и гиперкомпенсация уровней в норме сверхэкспрессирующихся в позднем возрасте у имаго cyc и tim. Увеличение продолжительности жизни дрозофил можно объяснить наличием множества детерминант старения в ряду альтернативных мишеней генов циркадных ритмов, взаимодействие с которыми обусловливает эффект (Solovyov et al., 2016).

 

Используемые источники
Solovyov I. A., Dobrovol’skaya E. V., Moskalev A. A. Genetic сontrol of сircadian rhythms and aging //Russian Journal of Genetics. 2016.V.52. №4.P.393-412. DOI: 10.1134/S1022795416040104
Zou S., Meadows S., Sharp L., Jan L.Y., Jan Y.N. Genome-wide study of aging and oxidative stress response in Drosophila melanogaster //Proc Natl Acad Sci USA. 2000. V.97. №. 25. P.13726-13731.

Information about the project
Surname Name
Solovev Ilya
Project title
Neuron-specific overexpression of circadian clock genes influences Drosophila melanogaster lifespan
Summary of the project
Genes of circadian rhythms change their expression during aging of different organisms. Available transcriptomic data from on-line bases shows that expresion profiles of clock genes change in animals with age. These findings have led us to an idea of normalizing expression profiles of circadian oscillator elements to compensate potential aging-associated changes during all lifespan on Drosophila model. The aim of the present research is to investigate the role of molecular oscillator elements (cry, per, tim, clk, cyc) in aging and longevity mechanisms. Primarily, we overexpressed clk, per, cry, cyc and tim using neuron-specific RU486-inducible gene-switch system, this resulted in the increase of median life expectancy (10%) in tim- and cry12-overexpessing females. Median lifespan of female fruit flies overexpressing per10 was 5.4% longer than in control group. Noteworthy, overexpression of clk shortened (-10%) only female’s lifespan. 4% augmentation of median life expectancy was observed for males overexpressing per24 and cyc. The analysis of the literature shows that clock genes modulate the activity of different determinants of aging (Solovyev et al., 2016). Thus, our data has shown that compensation of circadian clock genes’ potential age-dependent expression decrease (cry, per) in the nervous system during all imago’s life as well as hypercompensation of increased levels of other genes (tim, cyc) extends lifespan.
Keywords
Circadian clock, aging, Drosophila, longevity