Схожие нейропептиды одинаково подавили аппетит у медуз и дрозофил

Пептид GLWa, на N-конце которого расположен аминированный триптофан, подавляет аппетит и пищевое поведение у медуз, снижая активность сокращения их щупалец. Гомологичный ему миоингибирующий пептид вызывал аналогичные эффекты у дрозофилы. При взаимной замене пептидов у этих двух эволюционно далеких друг от друга видов у них одинаково происходило подавление аппетита. Эти данные говорят о том, что молекулярные механизмы аппетита, по-видимому, практически не менялись в процессе эволюции животных. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. 

После того, как животные поели и удовлетворили свои потребности в питательных веществах, они чувствуют сытость – у них снижается мотивация к приему пищи, или аппетит. За чувство сытости и аппетита отвечают пептиды, которые секретируются нервной тканью, кишечником и некоторыми другими тканями (например, жировой). Однако неясно, насколько эти пептиды непосредственно участвуют в регуляции пищевого поведения.

Обычно для изучения процессов аппетита и пищевого поведения используют книдарий, или стрекающих, куда входят медузы и полипы, поскольку их простая децентрализованная нервная система состоит из диффузно расположенных нейронов. Их пищевое поведение имеет стереотипные последовательности, для которых описаны клеточные взаимодействия. Однако молекулярные механизмы, которыми опосредуются аппетит и его регуляция, у них практически не исследованы. 

Поэтому Хирому Танимото (Hiromu Tanimoto) и Владимирос Тома (Vladimiros Thoma) из Университета Тохоку использовали медузу Cladonema pacificum, чтобы изучить молекулярные механизмы аппетита и пищевого поведения. У этого вида медуз много разветвленных и специализированных щупалец с похожими на бусины жалящими элементами.

Чтобы идентифицировать молекулы, регулирующие аппетит у медуз, ученые сравнили транскриптомы у животных, которых или морили голодом, или недавно кормили. Чтобы исключить загрязнение образцов транскриптами морских креветок (ими кормили медуз), их транскриптом вычитали из транскриптома медузы. С помощью метода главных компонент ученым удалось разделить уровни экспрессии генов по областям тела медузы: кольцо, куда входил край колокола с богатым нейронами кольцевым нервом и основание щупалец, а также ротовой хоботок – манубриум. 

Ученые обнаружили 4696 дифференциально экспрессируемых гена в кольце и  444 гена в манубриуме. Среди них нашлось 29 дифференциально экспрессируемых транскриптов, которые кодируют амидированные пептиды, потенциально влияющие на пищевое поведение. Ученые синтезировали 43 предполагаемых регуляторных пептидов, из которых только пять значительно подавляли потребление пищи. Экспрессию четырех из них нашли у сытых медуз, а самым мощным из них оказался (N)GPPGLWamide (GLWa).

GLWa представляет собой группу секретируемых пептидов, которые заканчиваются мотивом последовательности глицин-лейцин-аминированный триптофан. При введении десяти миллимоль пептида потребление пищи уменьшалось на 69 процентов. Для эффекта важным оказалась и длина пептида: гепта- или пентапептидов еще подавляли аппетит, однако тетрапептид уже не оказывал существенного эффекта. К тому же замена концевого аминированного остатка триптофана на аланин значимо снижала эффект подавления аппетита.

Процесс поглощения пищи у медузы состоит из трех этапов: сначала происходит захват добычи, затем включается рефлекс сокращения щупалец, а после медуза проглатывает пищу. Ученые решили проверить, на какой из этих этапов действует GLWa. На первый этап пептид никак не влиял: голодные медузы под действием GLWa так же эффективно захватывали добычу, как и медузы из контрольной группы. Однако у исследуемых медуз время рефлекса сокращения щупалец было снижено в такой же степени, как и у сытых медуз. Наибольшую экспрессию GLWa ученые наблюдали в нейронах у основания щупальцев и в районе кольцевого нерва. Вместе эти данные убедительно показывают, что GLWa подавляет пищевое поведение через снижение продольного сокращения мышц в рефлексе сокращения щупалец.

У животных с билатеральной симметрией гомологом GLWa считается миоингибирующий пептид (MIP), несмотря на то, что их последовательности существенно различаются, оба оканчиваются аминированным триптофаном. Поскольку больше всего этот пептид изучали у членистоногих, ученые проверили, будут ли антитела к GLWa взаимодействовать с MIP в нервной системе дрозофилы. Иммуногистохимия показала, что антитела к GLWa распределяются у дрозофилы так же, как и антитела к MIP. 

Затем ученые проверили, могут ли эти пептиды заменить друг друга у двух эволюционно далеких друг от друга организмах. MIP дрозофилы в значимой степени подавлял пищевое поведение у медузы. У мутантных мух, чьи гены экспрессирован GLWa, достоверно снижался рефлекс хоботка, который активируется при приеме пищи. Эти результаты говорят о том, что MIP и GLWa функционально взаимозаменяемы.

В целом, эта работа показывает, что молекулярные механизмы, которые отвечают за реализацию пищевого поведения, исходящего из баланса сытости и аппетита, скорее всего, на протяжении эволюции менялись незначительно. Это видно, в том числе, по тому, что структура нейропептидов, которые отвечают за эти механизмы, сходна у медуз и дрозофил. Похожие пептиды ученые обнаружили еще и у губок. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение подобных молекулярных механизмов у животных с более сложно устроенной нервной системой. 

О том, как еще морские обитатели могут помочь в изучении эволюции, в том числе, человека, можно прочитать в книге Питера Годфри-Смита «Метазоа: Зарождение разума в животном мире».