Дієта під час розвитку частково детермінує вікові зміни метаболізму Drosophila
DOI:
https://doi.org/10.15330/jpnubio.10.7-19Ключові слова:
старіння, метаболізм, вуглеводи, плодова мушка, розвитокАнотація
Старіння і метаболізм нерозривно пов'язані між собою, і обидва процеси мають вирішальне значення для довголіття. Зміни в енергетичному метаболізмі відбуваються під час нормального старіння і можуть бути частково покращені шляхом зміни способу життя. Макроелементи значно впливають на ознаки життєдіяльності, такі як вразливість до хвороб, розмноження, тривалість життя та стресостійкість. Ми дослідили вікові зміни метаболізму у плодових мушок Drosophila melanogaster, яких годували різними дієтами на стадії розвитку. Дорослі мухи були переведені на інші два види дієт. Протестовано двох-, 15- або 40-денних мух з кожної експериментальної групи. Ми спостерігали значні зміни в обміні вуглеводів та ліпідів, які пов'язані з раціоном під час розвитку та з віком. Харчовий раціон під час розвитку впливає на рівень глюкози та тригліцеридів у гемолімфі молодих та дорослих мух. Отже, споживання фіксованого раціону протягом тривалого періоду дорослої стадії може нівелювати вплив дієти розвитку. Вищий рівень глюкози в гемолімфі спостерігали у мух, яких годували середовищем, що містило 5% дріжджів, порівняно з дріжджово-мелясною мелясою під час розвитку. Однак, вищі рівні ТАГ та ліпідів були зумовлені споживанням дріжджово-мелясного середовища під час розвитку. З віком запаси вуглеводів зменшуються з одночасним збільшенням запасу ліпідів. Вплив харчування та віку на розвиток та обмін речовин не пов'язаний зі статтю або харчуванням протягом дорослого життя. Потенційними механізмами, залученими у регуляції розвитку за різних умов доступності харчових компонентів, можна вважати інсуліновий сигнальний шлях, а також мішень дії рапаміцину (TOR). Наші дані чітко показують зв'язок між умовами розвитку та змінами метаболізму зі старінням у дрозофіли.
Посилання
Aguila, J. R., Suszko, J., Gibbs, A. G., & Hoshizaki, D. K. (2007). The role of larval fat cells in adult Drosophila melanogaster. Journal of Experimental Biology, 210, 956‒963. https://doi.org/10.1242/jeb.001586
Barker, D. J., Gluckman, P. D., Godfrey, K. M., Harding, J. E., Owens, J. A., & Robinson, J. S. (1993). Fetal nutrition and cardiovascular disease in adult life. The Lancet, 341(8850), 938‒941. https://doi.org/10.1016/0140-6736(93)91224-a
Broughton, S., Alic, N., Slack, C., Bass, T., Ikeya, T., Vinti, G., Tommasi, A. M., Driege, Y., Hafen, E., & Partridge, L. (2008). Reduction of DILP2 in Drosophila triages a metabolic phenotype from lifespan revealing redundancy and compensation among DILPs. PLoS ONE, 3, e3721. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0003721
Clark, R. I., Salazar, A., Yamada, R., Fitz-Gibbon, S., Morselli, M., Alcaraz, J., Rana, A., Rera, M., Pellegrini, M., Ja, W. W., & Walker, D. W. (2015). Distinct shifts in microbiota composition during Drosophila aging impair intestinal function and drive mortality. Cell Reports, 12, 1656‒1667. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2015.08.004
de Magalhães, J. P., Wuttke, D., Wood, S. H., Plank, M., & Vora, C. (2012). Genome-environment interactions that modulate aging: powerful targets for drug discovery. Pharmacological Reviews, 64, 88‒101. https://doi.org/10.1124/pr.110.004499
Driver, C. J., & Lamb, M. J. (1980). Metabolic changes in ageing Drosophila melanogaster. Experimental Gerontology, 15, 167‒175. https://doi.org/10.1016/0531-5565(80)90061-3
Ferguson, M., Mockett, R. J., Shen, Y., Orr, W. C., & Sohal, R. S. (2005). Age-associated decline in mitochondrial respiration and electron transport in Drosophila melanogaster. The Biochemical Journal, 390, 501‒511. https://doi.org/10.1042/BJ20042130
Girardot, F., Lasbleiz, C., Monnier, V., & Tricoire, H. (2006). Specific age-related signatures in Drosophila body parts transcriptome. BMC Genomics, 7, 69. https://doi.org/10.1186/1471-2164-7-69
Henry, Y., Overgaard, J., & Colinet, H. (2020). Dietary nutrient balance shapes phenotypic traits of Drosophila melanogaster in interaction with gut microbiota. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 241, 110626. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2019.110626
Jang, T., & Lee, K. P. (2018). Comparing the impacts of macronutrients on life-history traits in larval and adult Drosophila melanogaster: the use of nutritional geometry and chemically defined diets. Journal of Experimental Biology, 221(Pt 21), jeb181115. https://doi.org/10.1242/jeb.181115
Klepsatel, P., Knoblochová, D., Girish, T. N., Dircksen, H., & Gáliková, M. (2020). The influence of developmental diet on reproduction and metabolism in Drosophila. BMC Ecology and Evolution, 20, 93. https://doi.org/10.1186/s12862-020-01663-y
Lozinsky, O. V., Lushchak, O. V., Storey, J. M., Storey, K. B., & Lushchak, V. I. (2012). Sodium nitroprusside toxicity in Drosophila melanogaster: delayed pupation, reduced adult emergence, and induced oxidative/nitrosative stress in eclosed flies. Archives of Insect Biochemistry & Physiology, 80(3), 166‒185. https://doi.org/10.1002/arch.21033
Lushchak, O. V., Rovenko, B. M., Gospodaryov, D. V., & Lushchak, V. I. (2011). Drosophila melanogaster larvae fed by glucose and fructose demonstrate difference in oxidative stress markers and antioxidant enzymes of adult flies. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 160, 27‒34. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2011.04.019
May, C. M., Doroszuk, A., & Zwaan, B. J. (2015). The effect of developmental nutrition on life span and fecundity depends on the adult reproductive environment in Drosophila melanogaster. Ecology & Evolution, 5, 1156‒1168. https://doi.org/10.1016/10.1002/ece3.1389
Musselman, L. P., Fink, J. L., Narzinski, K., Ramachandran, P. V., Hathiramani, S. S., Cagan, R. L., & Baranski, T. J. (2011). A high-sugar diet produces obesity and insulin resistance in wild-type Drosophila. Disease Models & Mechanisms, 4, 842‒849. https://doi.org/10.1242/dmm.007948
Pletcher, S. D., Macdonald, S. J., Marguerie, R., Certa, U., Stearns, S. C., Goldstein, D. B., & Partridge, L. (2002). Genome-wide transcript profiles in aging and calorically restricted Drosophila melanogaster. Current Biology, 12, 712‒723. https://doi.org/10.1016/s0960-9822(02)00808-4
Rovenko, B. M., Perkhulyn, N. V., Lushchak, O. V., Storey, J. M., Storey, K. B., & Lushchak, V. I. (2014). Molybdate partly mimics insulin-promoted metabolic effects in Drosophila melanogaster. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 165, 76‒82. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2014.06.002
Semaniuk, U. V., Gospodaryov, D. V., Feden'ko, K. M., Yurkevych, I. S., Vaiserman, A. M., Storey, K. B., Simpson, S. J., & Lushchak, O. (2018). Insulin-like peptides regulate feeding preference and metabolism in Drosophila. Frontiers in Physiology, 9, 1083. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01083
Semaniuk, U., Piskovatska, V., Strilbytska, O., Strutynska, T., Burdyliuk, N., Vaiserman, A., Bubalo, V., Storey, K. B., & Lushchak, O. (2021). Drosophila insulin-like peptides: from expression to functions – a review. Entomologia Experimentalis et Applicata, 169, 195‒208. https://doi.org/10.1111/eea.12981
Semaniuk, U., Strilbytska, O., Malinovska, K., Storey, K. B., Vaiserman, A., Lushchak, V., & Lushchak, O. (2021). Factors that regulate expression patterns of insulin-like peptides and their association with physiological and metabolic traits in Drosophila. Insect Biochemistry and Molecular Biology, 135, 103609. https://doi.org/10.1016/j.ibmb.2021.103609
Shukla, N., & Kolthur-Seetharam, U. (2022). Drosophila Sirtuin 6 mediates developmental diet-dependent programming of adult physiology and survival. Aging Cell, 21, e13576. https://doi.org/10.1111/acel.13576
Stefana, M. I., Driscoll, P. C., Obata, F., Pengelly, A. R., Newell, C. L., MacRae, J. I., & Gould, A. P. (2017). Developmental diet regulates Drosophila lifespan via lipid autotoxins. Nature Communication, 8, 1384.
Strilbytska, O. M., Semaniuk, U. V., Storey, K. B., Yurkevych, I. S., & Lushchak, O. (2020). Insulin signaling in intestinal stem and progenitor cells as an important determinant of physiological and metabolic traits in Drosophila. Cells, 9(4), 803. https://doi.org/10.3390/cells9040803
Strilbytska, O. M., Semaniuk, U. V., Burdyliyk, N. I., Bubalo, V., & Lushchak, O. V. (2022a). Developmental diet defines metabolic traits in larvae and adult Drosophila. The Ukrainian Biochemical Journal, 94, 53‒63. https://doi.org/10.15407/ubj94.01.053
Strilbytska, O., Strutynska, T., Semaniuk, U., Burdyliyk, N., Bubalo, V., & Lushchak, O. (2022b). Dietary sucrose determines stress resistance, oxidative damages, and antioxidant defense system in Drosophila. Scientifica (Cairo). 2022, 7262342. https://doi.org/10.1155/2022/7262342
Tanabe, K., Itoh, M., & Tonoki, A. (2017). Age-related changes in insulin-like signaling lead to intermediate-term memory impairment in Drosophila. Cell Reports, 18, 1598-605. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.01.053
Tu, M. P., & Tatar, M. (2003). Juvenile diet restriction and the aging and reproduction of adult Drosophila melanogaster. Aging Cell, 2, 327‒233. https://doi.org/10.1046/j.1474-9728.2003.00064.x
Vaiserman, A., Koliada, A., & Lushchak, O. (2018). Developmental programming of aging trajectory. Ageing Research Reviews, 47, 105‒22. https://doi.org/10.1016/j.arr.2018.07.007
Yu, Z., Zhai, G., Singmann, P., He, Y., Xu, T., Prehn, C., Römisch-Margl, W., Lattka, E., Gieger, C., Soranzo, N., Heinrich, J., Standl, M., Thiering, E., Mittelstraß, K., Wichmann, H. E., Peters, A., Suhre, K., Li, Y., Adamski, J., Spector, T. D., Illig, T., & Wang-Sattler, R. (2012). Human serum metabolic profiles are age dependent. Aging Cell, 11, 960‒967. https://doi.org/10.1111/j.1474-9726.2012.00865.x
Yurkevych, I. S., Gray, L. J., Gospodaryov, D. V., Burdylyuk, N. I., Storey, K. B., Simpson, S. J., & Lushchak, O. (2020). Development of fly tolerance to consuming a high-protein diet requires physiological, metabolic and transcriptional changes. Biogerontology, 21, 619‒36. https://doi.org/10.1007/s10522-020-09880-0
Zhou, Q., Kerbl-Knapp, J., Zhang, F., Korbelius, M., Kuentzel, K. B., Vujić, N., Akhmetshina, A., Hörl, G., Paar, M., Steyrer, E., Kratky, D., & Madl, T. (2021). Metabolomic profiles of mouse tissues reveal an interplay between aging and energy metabolism. Metabolites, 12, 17. https://doi.org/10.3390/metabo12010017
Zúñiga-Hernández, J. M., Olivares, G. H., Olguín, P., & Glavic, A. (2023). Low-nutrient diet in Drosophila larvae stage causes enhancement in dopamine modulation in adult brain due epigenetic imprinting. Open Biology, 13, 230049. https://doi.org/10.1098/rsob.230049
