Functions of the cGMP-dependent protein kinase (PKG) in honey bee division of labor
Final Report Abstract
Die soziale Organisation im Bienenvolk wird nach einer aktuellen Hypothese durch unterschiedliche sensorische Reaktionsschwellen der Arbeiterinnen gesteuert. Es gibt eine Reihe von Kandidatengenen, die an der Steuerung der Arbeitsteilung beteiligt sein könnten. Das Ziel dieses Projektes war die Aufklärung von Funktionen des Amfor Gens bei der Steuerung der Arbeitsteilung in Honigbienen über sensorische Reaktionsschwellen. Dieses Gen kodiert eine cGMP-abhängige Proteinkinase. Wir wollten dabei klären, ob und welche Zusammenhänge es gibt zwischen der Menge an PKG, der PKG-Aktivität, der gustatorischen Empfindlichkeit, dem Sättigungszustand und der altersabhängigen Arbeitsteilung bei Honigbienen. Unsere Ergebnisse belegen deutlich, dass sich die PKG bzw. das Amfor-Gen in der Expression zwischen Ammenbienen und Sammlerinnen unterscheiden. Die Gehirnbereiche, in denen diese Unterschiede signifikant sind, spielen eine zentrale Rolle bei der Vermittlung der sensorischen Empfindlichkeit. Interessanterweise konnten wir aber keinen direkten oder kausalen Zusammenhang zwischen sensorischer Empfindlichkeit und PKG-Menge oder PKG-Aktivität finden. Hierfür haben wir neben Messungen zu PKG-Proteinexpression und PKG-Aktivität auch RNA Interferenzexperimente durchgeführt. Letztere führten trotz einer Reduktion der Amfor-Genexpression zu keiner Änderung der gustatorischen Empfindlichkeit, reduzierten aber das Lernvermögen der behandelten Tiere. Die PKG scheint auch nicht an der Vermittlung des Sättigungsgefühls beteiligt zu sein, wie wir durch Messungen der PKG-Expression und PKG-Aktivität zeigen konnten. Des Weiteren wollten wir herausfinden, wie die PKG im Gehirn aktiviert wird. Allerdings gibt es weit mehr von dafür in Frage kommenden löslichen Guanylatzyklasen, als wir erwartet hatten, und die Spezifität von kommerziellen Antikörpern gegen verschiedene Guanylatzyklasen war nicht gegeben, so dass wir diese Frage nicht weiter verfolgt haben. Mittels Juvenilhormonapplikation konnten wir zeigen, dass die PKG bzw. das Amfor-Gen offensichtlich upstream des Hormons fungieren, da wir keine Änderung der Amfor- Genexpression nach Erhöhung des Juvenilhormongehalts gefunden haben. Auf der Suche nach Zielen der PKG-Phosphorylierung im Gehirn haben wir immunhistochemisch den Tyramin 1 Rezeptor der Honigbiene lokalisiert. Er scheint in den gleichen Neuropilen wie die PKG exprimiert zu sein, allerdings weichen die Markierungsmuster des Tyraminrezeptors stark von denen der PKG in den einzelnen Neuropilen des Gehirns ab. Wir gehen daher davon aus, dass der Tyraminrezeptor kein Substrat für die PKG im Gehirn der Biene ist. Zusammenfassend belegen unsere Experimente eine zentrale Rolle der PKG bei der Arbeitsteilung von Honigbienen. Entgegen unseren Erwartungen scheint die PKG aber die sensorische Empfindlichkeit nicht direkt zu beeinflussen.
Publications
- 2014. PKG in honey bees: spatial expression, Amfor gene expression, sucrose responsiveness and division of labor. J Comp Neurol 522(8): 1786-1799
Thamm M, Scheiner R
(See online at https://doi.org/10.1002/cne.23500)
