アリはインスリン反応を変えることで 10 倍長く生きる

多くの子孫を残す動物は寿命が短く、繁殖力の低い種は長生きする傾向があります。 ゴキブリは、XNUMX年未満の寿命で数百個の卵を産みます。 マウスは、生後 XNUMX ～ XNUMX 年で数十匹の赤ちゃんを産みます。 ザトウクジラは XNUMX ～ XNUMX 年に XNUMX 頭の子牛しか産まないため、何十年も生きます。 経験則は、栄養資源を迅速な生殖または長期的な優位性のためにより堅牢な成長に導く進化戦略を反映しているようです.

しかし、アリの女王はそれをすべて持つことができます。 いくつかのアリの種では、巣のすべての労働者となる何千もの卵を産みながら、女王は30年以上生きます. 対照的に、繁殖しないメスである働きアリは、数か月しか生きません。 しかし、状況がそれを要求する場合、いくつかの種の労働者は、巣の利益のために疑似女王になるためにステップアップすることができ、寿命を大幅に延ばすことができます.

アリの寿命のこの巨大な範囲を支配するものはよくわかっていませんが、最近の XNUMX つの研究により、アリの寿命が非常に柔軟である理由に関する重要な詳細が明らかになりました。 In 科学、ニューヨーク大学の研究者は、一部のアリの女王がインスリンの老化効果を抑制するタンパク質を生成することを示しました。 そして、 プレプリント 最近、biorxiv.org サーバーに投稿されたドイツの研究者は、抗酸化物質やその他の化合物の豊富なカクテルを分泌することにより、アリの宿主の寿命を大幅に延ばす寄生虫について説明しました。 どちらの研究も、観察された生物の寿命は、遺伝子によって課せられた制限とはほとんど関係がないという証拠を追加しています。

「老化に関するほとんどの研究は、寿命が非常に短いモデル生物で行われています。 ローラン・ケラー、スイスのローザンヌ大学の生態学と進化の教授。 コロニー内の女王バチと働きバチは同じゲノムを持っていることが多いが、寿命が桁違いに異なるため、社会性昆虫は老化における遺伝子発現の重要性を研究する魅力的な機会を提供すると彼は説明した。 (100 年前、ケラーは、アリの女王アリは、アリが進化した祖先の孤独な昆虫よりも約 XNUMX 倍長く生きることを示しました。)

また、働きバチは短命なので、「どうすれば彼らの寿命を延ばすことができるかを考えてみることができます」と彼は言いました。 アルジュナ・ラジャクマール博士研究員であり、現在マサチューセッツ工科大学のホワイトヘッド研究所で働きアリの生殖制約を研究しており、最近マギル大学で大学院の研究を完了しました。 エキサイティングな可能性は、昆虫の寿命を延ばす代謝メカニズムが、人間を含む他の種にも適用される可能性があるということです。 「何かが長生きする理由だけでなく、どのようにして何かを長生きさせるかを理解したいのです」と彼は言いました。

老化を抑えながらより多く食べる

何十年もの間、研究はインスリンとそれが老化の重要な調節因子として活性化する生化学的シグナル伝達システムを指摘してきました. インスリンは、体細胞が糖グルコースを取り込み、使用する方法に影響を与えるため、細胞が成長、再生、修復に利用できるエネルギー量に根本的な影響を与えます. その過程で、代謝の副産物である潜在的に有害なフリーラジカルやその他の酸化分子の生成も調節します. 多くの研究者は、これが、インスリンレベルを低く保つカロリー制限食が多くの種の寿命を延ばすように見える理由であると考えています.

さらに、インスリンはアリにとってさらに重要な役割を果たしているようです。 数年前、進化生物学者が率いる研究 ダニエル・クロナウアー ロックフェラー大学では、 アリはインスリンにどのように反応するか 生殖能力のある女王と生殖能力のない労働者をもつ利他的な植民地社会を進化させるように彼らを説得したようです。

XNUMX年前、 ヴィクラム・チャンドラ 彼はロックフェラー大学の大学院生で、アリの女王アリと働きアリの違いを研究していましたが、インスリンのことがとても気になっていました。彼と イングリッド・フェッター・プルネダ当時研究室の博士研究員だった博士らは、7種のアリの遺伝子発現を調べたチームの共同リーダーで、働きアリよりも女王アリの脳でより多くのインスリンシグナル伝達が起こっていると結論づけた。働きアリにインスリンを注射すると、休眠中の卵巣が活性化され、卵の発育が引き起こされた。研究を監督したクロノアウアー氏によると、これらの発見は、インスリンシグナル伝達がアリの生殖能力を引き起こしたことを示したという。

その発見は、生物学者間の長期的な共同作業の一環として実施された新しい研究の基礎を築きました。 クロード・デスプラン & ダニー・ラインバーグ ニューヨーク大学で。 彼らは、進化がアリのインスリンシグナル伝達経路のいくつかの構成要素を、女王バチが長生きする理由を説明できる方法で再配線したことを示しました。

Desplan と Reinberg は、インドの跳躍アリを研究しました (ハルペグナトスソルター)、その女王は約 XNUMX 年生き、働きアリは約 XNUMX か月しか生きません。 しかし、この種では、この寿命の違いは決まっていません。 女王バチが死ぬか、コロニーから追い出されると、働きバチは女王バチの匂いが消えてすぐに変化を感じます。 それらのいくつかは、その後、彼女の代わりに支配権を争う「ゲーマーゲート」（疑似女王）になります。 最終的に、少数の勝利したゲーマーゲート (通常は XNUMX から XNUMX の間) が共同で、コロニーの産卵卵としての女王の役割を引き継ぎます。 次に、他のワーカーが余分なゲーマーゲートを「取り締まり」、産卵を強制的に抑制します。

ただし、変化したのはゲーマーゲートの行動だけではありません。機能的な卵巣を発達させ、卵を産むことができ、寿命は XNUMX ～ XNUMX 年に伸びます。 ゲーマーゲートは女王ほど多産ではないため、通常、女王の卵の出力を置き換えるには、ゲーマーゲートが XNUMX つから XNUMX つ必要です。 女王が住んでいるコロニーにゲーマーゲートを導入すると、ゲーマーゲートは労働者に戻り、女王の寿命が短くなります。

ワーカーがゲーマーゲートになると、代謝が変化します。 彼女はより多く食べ、結果としてインスリンレベルが上昇し、卵巣の発達を引き起こします. 彼女は食べ物を使って脂質を作り、それを卵に詰め込みます。 しかし、インスリンと加齢に関するこれまでの研究から、NYU の研究者は、インスリンシグナル伝達の増加は、寿命の延長ではなく、寿命の短縮につながると予想していました。

研究者たちは、インスリンシグナル伝達の詳細に答えが隠れていることを発見しました。 インスリンが細胞表面の受容体に結合すると、細胞内で XNUMX つの異なる化学経路を含む反応のカスケードが開始されます。 XNUMX つの経路は MAP キナーゼと呼ばれる酵素を活性化し、代謝と卵巣の発達に重要です。 もう XNUMX つの経路は、より長い寿命を促進すると思われる転写因子を抑制します。 研究者が驚いたことに、ゲーマーゲートの卵巣と脂肪体 (哺乳類の肝臓にほぼ相当) を調べたところ、MAP キナーゼ経路は活性であるが、他の経路は活性ではないことがわかりました。

さらなる研究により、ゲーマーゲートの卵巣は、MAP キナーゼ経路を無視するが、脂肪体の 2 番目の経路を妨害するタンパク質、Imp-LXNUMX を強く発現することが示された。 「このタンパク質は、代謝を可能にする XNUMX つの経路を保護する機能を持っているようですが、老化につながる経路を阻害します」と Desplan 氏は述べています。

他の研究者は、新しい研究はImp-L2が寿命に影響を与えることを明確に示していないと指摘している.デスプランとラインバーグは、労働者のタンパク質を活性化することで寿命が延びるかどうか、またはゲーマーゲートでそれを阻害すると死ぬかどうかを直接テストしなかった.より早く。 このような実験は、アリにインスリン阻害剤を数か月または数年間注射する必要がある可能性があるため、困難です。

それにもかかわらず、アリがインスリンシグナル伝達システムのさまざまな枝を操作しているという Desplan と Reinberg の提案は、「非常にもっともらしく、興味深い仮説です」と、現在ハーバード大学のポスドク研究者である Chandra は述べています。 「これをテストしようとするラボが増えるのであれば、それは非常に素晴らしいことです。」

ショウジョウバエはアリよりも遺伝子実験を行う方が簡単であるため、Desplan のチームは現在、ミバエの寿命を延ばすことができるかどうかを調べています。 ショウジョウバエ ショウジョウバエは Imp-L2 の発現を活性化します。 いつの日か、デスプランはこの実験をマウスでも試したいと考えている。 「私たちにはやるべきエキサイティングな仕事がたくさんあります」と彼は言いました。

寿命を延ばす寄生虫

奇妙なひねりを加えて、自然はすでに別の種で同様の実験の独自のバージョンを実行しているようです. ドイツの研究者は最近、寄生サナダムシがアリの寿命の極端な可塑性を有利に操作する能力を進化させたことを発見しました。

サナダムシは、生涯の一部をどんぐりアリの中で過ごす必要があります (テムノソラックス・ニランデリ）、個々のどんぐりの中に作る巣から名前が付けられます。 労働者が採餌に出かけるとき、サナダムシの卵を食べて感染することがあります。 しかし、サナダムシはそのライフサイクルを完了するために、キツツキにも感染する必要があり、キツツキがアリのドングリの家を食べるときにその機会を得ます.

数年前、サラ・ベロスは大学の研究室の学生でした。 スザンヌ・フォイツィク ドイツのマインツのヨハネス・グーテンベルク大学で、ドングリアリの巣を開けたところ、感染していない労働者は数ヶ月の観察中に死亡したが、感染した労働者は死ななかったという奇妙な発見をした. (寄生されたアリは、色が茶色から黄色に変わるので簡単に識別できます。) ベロスがフォイツィクにそのことを話したとき、フォイツィクは次のように考えたことを思い出します。 すべてが死ぬ。」 しかし、ベロスは「だからちゃんと調べた」と言い張った。

昨年の夏、国際社会性昆虫研究連合の会議で発表され、クリスマスの直前に biorxiv.orgプレプリントサーバーFoitzik のチームは、サナダムシのアリの幼虫期に、アリの血液 (体液) に相当するタンパク質を送り込み、働きアリの寿命を劇的に延ばすことを示しました。 インドのハエトリアリとは異なり、どんぐりアリは通常ゲーマーゲートに成長しないため、寄生虫の寿命の延長には自然な前例がありません。

「その効果は非常に強力です」と Kronauer 氏は述べています。 XNUMX年間の実験で、感染した労働者は、感染していない労働者のXNUMX倍長く生き、女王バチと同じくらい低い死亡率を示しました。 寄生虫の操作は働きバチの寿命を大幅に延ばし、「基本的に女王バチと見分けがつかない」と彼は述べた。

感染したどんぐりアリの働きアリは繁殖力にはなりませんが、いくつかの点で女王アリのようになります。 女王バチが巣から取り除かれた場合、女王バチは卵巣を発達させる最初の労働者でもあります。

Foitzik と彼女のチームは、サナダムシの幼虫が 250 を超えるタンパク質を産生し、感染したアリの血リンパに分泌することを発見しました。 ほとんどのタンパク質は特徴付けられていませんが、そのうちの 7 つは抗酸化物質として同定されています。 「つまり、サナダムシは抗酸化物質をアリに放出しているようで、これが寿命を延ばす可能性があります」と彼女は言いました。

Foitzik と彼女のチームが寄生したアリの遺伝子発現の変化を測定したところ、感染したアリはより多くの抗酸化物質を作っていることもわかりました。 さらに、女王バチと感染した働きアリは、 銀、しかし、感染していない労働者はそうではありませんでした。 研究者は以前、 銀 ショウジョウバエの寿命を延ばす遺伝子。

労働者がより女王様になると、発達と代謝の一連の変化が起こることは明らかですが、寿命を延ばすためにどの変化が最も重要であるかを特定することは困難です. インスリンと抗酸化物質は重要ですが、ケラーは他の多くの要因も役割を果たす可能性が高いと考えています. 「ですから、寿命の違いを単純に説明する単一の経路はないと思います。おそらく、多くのことを変える必要があります」と彼は言いました。

ケラーは、寄生虫は通常、寿命を延ばすのではなく短くするため、寄生虫に関する発見は興味深いと考えています。 しかし、この場合、アリの寿命の延長は寄生虫にも適応しているようです。サナダムシは、キツツキがどんぐりを見つけて食べるのに十分な時間、感染したアリの中にとどまる必要があります。 労働者がそれより前に死亡した場合、サナダムシも一緒に死亡します。 サナダムシは働きバチの寿命を何年も延ばすことで、最終的にキツツキが現れる可能性を高めます。 体液中の豊富な抗酸化物質は、サナダムシの幼虫が宿主と同じくらい長く生きるのにも役立つ可能性があります.

「ここで、パラサイトは社会的ホストを利用しています」とフォイツィクは説明しました。 孤独な無脊椎動物はそれほど長く生きないため、寄生することは意味がありません。 「しかし、女王がすでに20年間巣の安全な場所に住んでいる社会的な昆虫では、そのようなトリックをすることができます.

訂正：10年2023月XNUMX日
この記事の以前のバージョンでは、アリのカースト間の遺伝子発現の違いに関するチャンドラとの研究に対するフェッター・プルネダの貢献について言及することが無視されていました。