Langlebigkeit und Transposon-Abwehr, das Fallbeispiel Termitenköniginnen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Judith Korb
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417980976

Organismen altern, aber mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Altern zu verstehen, ist von zentraler Bedeutung sowohl für Wissenschaftler als auch für die breite Öffentlichkeit. Arbeiten an Modellorganismen, wie dem Nematoden Caenorhabditis elegans, der Fliege Drosophila melanogaster, oder Mäusen, liefern wichtige Einblicke in Alterungsmechanismen. Allerdings gibt es in jüngster Zeit verstärkt Nachfragen nach Studien an 'nicht r-selektierten Labororganismen', um Alterung unter natürlichen Bedingungen und für Arten mit anderer 'life history' zu studieren. Soziale Insekten, wie Ameisen oder Termiten, eröffnen vielversprechende neue Wege in der Altersforschung. Bei ihnen kann sich die Lebenspanne von Nestmitgliedern einer Kolonie, die denselben genetischen Hintergrund haben, um zwei Größenordnungen unterscheiden. Während Königinnen (und bei Termiten auch Könige), die sich fortpflanzen, mehr als 20 Jahre alt werden können, haben Arbeiter oft nur eine Lebensspanne von ein paar Monaten. Außerhalb sozialer Insekten können solche Unterschiede in der Lebensspanne nur bei entfernt verwandten Arten gefunden werden, was Vergleiche erschwert. Bei Studien an der hochsozialen Termite Macrotermes bellicosus entdeckten wir kürzlich, dass ein Mechanismus, der normalerweise die Keimbahn von Tieren gegen Alterung schützt, die Unterschiede in der Lebensspanne zwischen den Kasten erklären könnte. Alte Arbeiter waren charakterisiert durch eine starke Expression of transposablen Elementen (TEs). Diese ‚springenden Gene’ können Genomintegrität und Genfunktionalität beeinträchtigen und sie werden mit Altern in vielen Tieren (einschl. Mensch) in Verbindung gebracht. Die Königinnen und Könige scheinen durch den piRNA (PIWI-interacting RNA) Signalweg gegen TEs geschützt zu sein; diese Signalweg schützt normalerweise die Keimbahn von Tieren gegen TEs. Während Gene dieses Signalwegs in Königinnen und Königen konstant stark exprimiert waren, waren sie in alten Arbeitern runterreguliert.In dem beantragten Vorhaben möchten wir diesen TE-piRNA Mechanismus genauer studieren, um funktionale Verbindungen zu testen. In Ziel 1 möchten wir die Sequenzqualität des Genoms unserer Versuchsart so weit verbessern, dass es möglich ist, TE Analysen durchzuführen. Mit Ziel 2 möchten wir die Konsequenzen der TE Aktivität testen: ob TE Aktivität in TE Transpositionen an unterschiedliche Stellen im Genom resultiert. Schließlich möchten wir mit Ziel 3 den kausalen Zusammenhang zwischen piRNA Expression und (i) TE Aktivität, (ii) TE Transposition, und (iii) Langlebigkeit testen, in dem wir ein RNA Interferenz Experiment gegen ein essentielles piRNA Gen in M. bellicosus Königinnen durchführen. Unser Projekt wird zu einem besseren Verständnis der Ursachen von Alterung und Langlebigkeit beitragen, insbesondere da TE Aktivität und der piRNA Signalweg in jüngster Zeit bei Gerontologen als eine mechanistische Hauptursache des Alterns diskutiert wird, die stark vernachlässigt wurde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen