TY - JOUR A1 - Thamm, Markus A1 - Scheiner, Ricarda T1 - PKG in honey bees: spatial expression, amfor gene expression, sucrose responsiveness, and division of labor JF - The journal of comparative neurology N2 - Division of labor is a hallmark of social insects. In honey bees, division of labor involves transition of female workers from one task to the next. The most distinct tasks are nursing (providing food for the brood) and foraging (collecting pollen and nectar). The brain mechanisms regulating this form of behavioral plasticity have largely remained elusive. Recently, it was suggested that division of labor is based on nutrition-associated signaling pathways. One highly conserved gene associated with food-related behavior across species is the foraging gene, which encodes a cyclic guanosine monophosphate (cGMP)-dependent protein kinase (PKG). Our analysis of this gene reveals the presence of alternative splicing in the honey bee. One isoform is expressed in the brain. Expression of this isoform is most pronounced in the mushroom bodies, the subesophageal ganglion, and the corpora allata. Division of labor and sucrose responsiveness in honey bees correlate significantly with foraging gene expression in distinct brain regions. Activating PKG selectively increases sucrose responsiveness in nurse bees to the level of foragers, whereas the same treatment does not affect responsiveness to light. These findings demonstrate a direct link between PKG signaling in distinct brain areas and division of labor. Furthermore, they demonstrate that the difference in sensory responsiveness between nurse bees and foragers can be compensated for by activating PKG. Our findings on the function of PKG in regulating specific sensory responsiveness and social organization offer valuable indications for the function of the cGMP/PKG pathway in many other insects and vertebrates. J. Comp. Neurol. 522:1786-1799, 2014. (c) 2013 Wiley Periodicals, Inc. KW - protein kinase G KW - cyclic GMP KW - division of labor KW - sucrose responsiveness Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cne.23500 SN - 0021-9967 SN - 1096-9861 VL - 522 IS - 8 SP - 1786 EP - 1799 PB - Wiley-Blackwell CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Scheiner, Ricarda A1 - Toteva, Anna A1 - Reim, Tina A1 - Sovik, Eirik A1 - Barron, Andrew B. T1 - Differences in the phototaxis of pollen and nectar foraging honey bees are related to their octopamine brain titers JF - Frontiers in physiology N2 - The biogenic amine octopamine is an important neuromodulator, neurohormone and neurotransmitter in insects. We here investigate the role of octopamine signaling in honey bee phototaxis. Our results show that groups of bees differ naturally in their phototaxis. Pollen forgers display a lower light responsiveness than nectar foragers. The lower phototaxis of pollen foragers coincides with higher octopamine titers in the optic lobes but is independent of octopamine receptor gene expression. Increasing octopamine brain titers reduces responsiveness to light, while tyramine application enhances phototaxis. These findings suggest an involvement of octopamine signaling in honey bee phototaxis and possibly division of labor, which is hypothesized to be based on individual differences in sensory responsiveness. KW - biogenic amines KW - tyramine KW - division of labor KW - honey bee KW - light responsiveness KW - insect KW - behavior Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.3389/fphys.2014.00116 SN - 1664-042X VL - 5 PB - Frontiers Research Foundation CY - Lausanne ER - TY - THES A1 - Reim, Tina T1 - Biogene Aminrezeptoren bei der Honigbiene Apis mellifera T1 - Biogenic amine receptors in the honey bee Apis mellifera BT - Charakterisierung des Tyramin 2-Rezeptors und die Beteiligung der Octopamin- und Tyraminrezeptoren an der Steuerung der altersabhängigen Arbeitsteilung N2 - Die Honigbiene Apis mellifera zeigt innerhalb einer Kolonie eine an das Alter gekoppelte Arbeitsteilung. Junge Honigbienen versorgen die Brut (Ammenbienen), während ältere Honigbienen (Sammlerinnen) außerhalb des Stocks Pollen und Nektar eintragen. Die biogenen Amine Octopamin und Tyramin sind an der Steuerung der Arbeitsteilung maßgeblich beteiligt. Sie interagieren mit Zielzellen über die Bindung an G Protein gekoppelte Rezeptoren. A. mellifera besitzt fünf charakterisierte Octopaminrezeptoren (AmOctαR1, AmOctβR1-4), einen charakterisierten Tyraminrezeptor (AmTyr1) sowie einen weiteren putativen Tyraminrezeptor. In der vorliegenden Arbeit wurde dieser putative Aminrezeptor als zweiter Tyraminrezeptor (AmTyr2) identifiziert, lokalisiert und pharmakologisch charakterisiert. Die von der cDNA abgeleitete Aminosäuresequenz weist strukturelle Eigenschaften und konservierte Motive von G Protein gekoppelten Rezeptoren auf. Phylogenetisch ordnet sich der AmTyr2 Rezeptor bei den Tyramin 2 Rezeptoren anderer Insekten ein. Die funktionelle und pharmakologische Charakterisierung des putativen Tyraminrezeptors erfolgte in modifizierten HEK293 Zellen, die mit der Rezeptor cDNA transfiziert wurden. Die Applikation von Tyramin aktiviert Adenylylcyclasen in diesen Zellen und resultiert in einem Anstieg des intrazellulären cAMP Gehalts. Der AmTyr2 Rezeptor kann durch Tyramin in nanomolaren Konzentrationen halbmaximal aktiviert werden. Während es sich bei Octopamin um einen wirkungsvollen Agonisten des Rezeptors handelt, sind Mianserin und Yohimbin effektive Antagonisten. Für die Lokalisierung des Rezeptorproteins wurde ein polyklonaler Antikörper generiert. Eine AmTyr2-ähnliche Immunreaktivität zeigt sich im Gehirn in den optischen Loben, den Antennalloben, dem Zentralkomplex und in den Kenyon Zellen der Pilzkörper. Des Weiteren wurde die Rolle der Octopamin- und Tyraminrezeptoren bei der Steuerung der altersabhängigen Arbeitsteilung analysiert. Die Genexpression des AmOctαR1 in verschiedenen Gehirnteilen korreliert unabhängig vom Alter mit der sozialen Rolle, während sich die Genexpression von AmOctβR3/4 und den Tyraminrezeptoren AmTyr1 und AmTyr2 maximal mit dem Alter aber nicht der sozialen Rolle ändert. Sammlerinnen weisen einen höheren Octopamingehalt im Gesamtgehirn auf als Ammenbienen; bei Tyramin zeigen sich keine Unterschiede. Während Tyramin offensichtlich keine direkte Rolle spielt, werden durch Octopamin gesteuerte Prozesse der altersabhängigen Arbeitsteilung bei der Honigbiene vermutlich über den AmOctαR1 vermittelt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen die wichtige Rolle von biogenen Aminen, insbesondere Octopamin bei der sozialen Organisation von Insektenstaaten. N2 - The honey bee Apis mellifera exhibits an age-dependent division of labour. Young bees take care of the brood (nurse bees), while older honey bees (foragers) leave the hive to provide the colony with pollen and nectar. The biogenic amines octopamine and tyramine are significantly involved in regulating the division of labour. They interact with target cells via binding to G protein-coupled receptors. A. mellifera has five characterised octopamine receptors (AmOctαR1, AmOctβR1-4), one characterised tyramine receptor (AmTyr1) and an additional putative tyramine receptor. In the present study, the putative amine receptor was identified as a second tyramine receptor (AmTyr2), was localized and characterised pharmacologically. The deduced amino acid sequence shows structural properties and conserved motifs of G protein-coupled receptors. Phylogenetically the AmTyr2 receptor clusters with tyramine 2 receptors from other insect species. Functional and pharmacological characterisation of the putative tyramine receptor was carried out using modified HEK293 cells trans¬fected with the receptor cDNA. Application of tyramine activates adenylyl cyclases in these cells, which leads to an elevated intracellular cAMP level. Half maximal activation can be achieved by applying tyramine with concentrations in the nanomolar range. While octopa¬mine is an effective agonist of the receptor, mianserin and yohimbine are the most effective antagonists. A polyclonal antibody was generated for the localisation of the receptor protein. AmTyr2 like immunoreactivity can be observed in the optic lobes, the Kenyon cells of the mushroom bodies, the antennal lobes and the central complex of the brain. Furthermore, the role of the octopamine and tyramine receptors in regulating the age-dependent division of labour was analysed. The gene expression of the AmOctαR1 in different brain neuropiles correlates with the social role of the honey bee, while the gene expression of AmOctβR3/4, AmTyr1 and AmTyr2 mostly changes with age but not social role. Additionally, foragers have higher octopamine brain titres than nurse bees. No differences can be observed for the titre of tyramine. Octopamine-regulated processes in age-dependent division of labour are probably mediated via the AmOctαR1. Tyramine has obviously no direct impact on the age-dependent division of labour. The present study shows the important role of biogenic amines, particularly octopamine in the social organisation of insect societies. KW - Apis mellifera KW - honey bee KW - Honigbiene KW - biogene Amine KW - biogenic amines KW - Octopamin KW - octopamine KW - Tyramin KW - tyramine KW - Arbeitsteilung KW - division of labor Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80982 ER -