< Terug naar vorige pagina

Project

Ontrafeling van de neuropeptiderge regulatie van het vervellingsproces in de woestijnsprinkhaan, Schistocerca gregaria

Het groeiproces van juveniele Arthropoda vereist verscheidene vervellingen omwille van hun stijve exoskelet. Gedurende dit ontwikkelingsproces werpen ze tijdens de ecdysis systematisch de restanten van hun oude cuticula af om plaats te maken voor een nieuwe, ruimere cuticula. Dat geeft Arthropoda de kans  om te groeien. Het ecdysteroïd hormoon 20-hydroxyecdyson en complexe interacties tussen meerdere neuropeptide signaleringssytemen zijn verantwoordelijk voor de coördinatie en de exacte timing van deze ontwikkelingstransities. Een piek in de 20-hydroxyecdyson titer stimuleert de expressie van ecdysteroïd-afhankelijke genen met precisie zodat de vervellingscyclus op een strikte tijdsgebonden wijze wordt gereguleerd door een netwerk van neuropeptiden. Dit complex neuropeptidergisch netwerk is vervolgens verantwoordelijk voor de directe regulatie van de fysiologische responsen die de vervelling zullen inleiden. Een correct verloop van dit ingewikkeld regulatorisch netwerk leidt tot een succesvolle transitie naar het volgende ontwikkelingsstadium. In het verleden lag de focus voor de ontrafeling van dit neuroendocrien netwerk vooral op de studie van enkele holometabole insectensoorten.

Daarom heeft de huidige kennis m.b.t. de regulatie van ecdysis voornamelijk betrekking op deze soorten. De beschikbare informatie bij hemimetabole insecten is in vergelijking zeer beperkt. Hoewel er vele, maar soms superficiële, gelijkenissen zijn in de onderliggende moleculaire mechanismen van deze neuroendocriene regulatie, werden er ook duidelijke onderlinge verschillen gevonden tussen verscheidene holometabole soorten enerzijds, en tussen holometabole en hemimetabole soorten anderzijds. Om de huidige kennis uit te breiden, richt deze thesis zich daarom op de studie van de fysiologische rol en de werkingsmechanismen van de neuroendocriene signaleringswegen bij de regulatie van de vervelling bij de woestijnsprinkhaan, Schistocerca gregaria, een hemimetabole soort die behoort tot de orde Orthoptera. De woestijnsprinkhaan wordt gezien als ’s werelds meest verwoestende migrerende plaaginsect. Het is daarom belangrijk om een grondige kennis te verwerven van de fysiologie en de onderliggende moleculaire processen van deze sprinkhaansoort. Dit zal uiteindelijk ook bijdragen tot de zoektocht naar geschikte moleculaire doelwitten voor de ontwikkeling van meer selectieve bestrijdingsmiddelen.

Niet elk dier in een populatie doorloopt een ontwikkelingsstadium in eenzelfde tempo. Daarom hebben we eerst enkele uitwendige fysieke kenmerken gedefinieerd die makkelijk bruikbaar zijn als morfologische indicatoren voor meer gestandaardiseerde staalnames tijdens de vervellingscyclus om de fysiologische rol en onderliggende moleculaire mechanismen van het vervellingsproces accurater te bestuderen. De focus lag hierbij op de eclosion hormone (EH)- en crustacean cardioactive peptide (CCAP)-signaleringssystemen. Transcripten coderend voor twee Schgr-EH precursoren en één vermoedelijke Schgr-EH receptor, alsook de transcripten voor één Schgr-CCAP-precursor en drie vermoedelijke Schgr-CCAP receptoren werden geïdentificeerd. Met behulp van cellulaire functionele assays werd er bovendien aangetoond dat CCAP een potente agonist is voor deze voorspelde CCAP receptoren. De mogelijke rol van de EH en CCAP in de vervelling bij S. gregaria werd vervolgens onderzocht met behulp van RNA interferentie (RNAi). De depletie van de EH- of CCAP-precursor en/of receptor transcripten leidde tot lethale fenotypen, waarbij de nimfen niet in staat bleken om het ecdysisproces te voltooien. Daarnaast werden enkele initiële aanwijzingen gevonden die een potentieel compensatie mechanisme suggereren tussen de CCAP en Myoinhibiting peptide (MIP)-signaleringswegen. De depletie van het CCAP-signaleringssysteem leidde tot significant verhoogde transcriptniveaus van de MIP-precursor en –receptor. Bovendien werden er geen significante veranderingen in de transcriptniveaus van de adipokinetische hormoonprecursoren (AKH-I/II) waargenomen ten gevolge van RNAi-gemedieerde depletie van het CCAP-signaleringssysteem. Dit is in tegenstelling tot observaties bij sommige holometabole soorten. Ten slotte werd er ook een complexe interactie vastgesteld tussen het CCAP-signaleringssysteem en de regulatie van ecdysteroïdsynthese en/of -secretie. De depletie van het ecdysteroïdreceptor complex, bestaande uit de ecdysonreceptor en de retinoïd-X-receptor (Schgr-EcR/RXR), had een significante invloed op de expressie van de CCAP-receptoren in de prothoracale klieren. Bovendien resulteerde een RNAi-gemedieerde neerregulatie van componenten van het CCAP-signaleringssysteem in verhoogde transcriptniveaus van Halloween genen, zoals Schgr-Spook, Schgr-Disembodied and Schgr-Shade, juist voor de vervelling. Tevens toonden in vitro prothoracale klier-incubatie-experimenten aan dat blootstelling aan het CCAP peptide leidt tot een verlaagde ecdysteroïdsynthese en/of -secretie. Hieruit werd geconcludeerd dat CCAP zich gedraagt als een prothoracicostatisch peptide dat de productie en/of secretie van ecdysteroïden beïnvloedt. De studie van de functionele interacties tussen neuronale en endocriene signaleringswegen moedigt verder experimenteel onderzoek aan om het regulatorisch netwerk dat de vervelling bij S. gregaria reguleert verder te ontrafelen.

Datum:1 okt 2016 →  15 okt 2021
Trefwoorden:neuropeptiderge regulatie, vervellingsproces, woestijnsprinkhaan, Schistocerca gregaria
Disciplines:Dierkundige biologie, Genetica
Project type:PhD project