• search hit 4 of 8
Back to Result List

Räumliche und zeitliche Expressionsmuster sowie Funktionen der Serotonin-Rezeptor-Subtypen der Honigbiene, Apis mellifera L., 1758

Spatial and temporal expression patterns as well as functions of the serotonin-receptor-subtypes in the honey bee, Apis mellifera L., 1758

  • Das biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) agiert als wichtiger chemischer Botenstoff bei einer Vielzahl von Organismen. Das durch 5 HT vermittelte Signal wird dabei durch spezifische Rezeptoren wahrgenommen und in eine zelluläre Reaktion umgesetzt. Diese 5 HT Rezeptoren gehören überwiegend zur Familie der G Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Die Honigbiene Apis mellifera bietet unter anderem aufgrund ihrer eusozialen Lebensweise vielfältige Ansatzpunkte zur Erforschung der Funktionen des serotonergen Systems in Insekten. Bei A. mellifera wurden bereits vier 5-HT-Rezeptor-Subtypen beschrieben und molekular sowie pharmakologisch charakterisiert: Am5 HT1A, Am5 HT2α, Am5 HT2β und Am5 HT7. Ziel dieser Arbeit war es, gewebespezifische sowie alters- und tageszeitabhängige Expressionsmuster der 5 HT Rezeptor-Subtypen zu untersuchen, um zu einem umfassenden Verständnis des serotonergen Systems der Honigbiene beizutragen und eine Basis zur Hypothesenentwicklung für mögliche physiologische Funktionen zu schaffen. Es wurdeDas biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) agiert als wichtiger chemischer Botenstoff bei einer Vielzahl von Organismen. Das durch 5 HT vermittelte Signal wird dabei durch spezifische Rezeptoren wahrgenommen und in eine zelluläre Reaktion umgesetzt. Diese 5 HT Rezeptoren gehören überwiegend zur Familie der G Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Die Honigbiene Apis mellifera bietet unter anderem aufgrund ihrer eusozialen Lebensweise vielfältige Ansatzpunkte zur Erforschung der Funktionen des serotonergen Systems in Insekten. Bei A. mellifera wurden bereits vier 5-HT-Rezeptor-Subtypen beschrieben und molekular sowie pharmakologisch charakterisiert: Am5 HT1A, Am5 HT2α, Am5 HT2β und Am5 HT7. Ziel dieser Arbeit war es, gewebespezifische sowie alters- und tageszeitabhängige Expressionsmuster der 5 HT Rezeptor-Subtypen zu untersuchen, um zu einem umfassenden Verständnis des serotonergen Systems der Honigbiene beizutragen und eine Basis zur Hypothesenentwicklung für mögliche physiologische Funktionen zu schaffen. Es wurde die Expression der 5 HT Rezeptorgene sowohl im zentralen Nervensystem, als auch in Teilen des Verdauungs-, Exkretions- und Speicheldrüsensystems gemessen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die untersuchten 5-HT-Rezeptor-Subtypen generell weit im Organismus der Honigbiene verbreitet sind. Interessanterweise unterschieden sich die untersuchten Gewebe hinsichtlich der mRNA-Expressionsmuster der untersuchten Rezeptoren. Während beispielsweise im Gehirn Am5 ht1A und Am5 ht7 stärker als Am5 ht2α und Am5 ht2β exprimiert wurden, zeigte sich in Darmgewebe ein umgekehrtes Muster. Es war bereits bekannt, dass es bei der Expression der Am5-ht2-Gene zu alternativem Spleißen kommt. Dies führt zur Entstehung der verkürzten mRNA-Varianten Am5 ht2αΔIII und Am5 ht2βΔII. Die daraus resultierenden Proteine können nicht als funktionelle GPCRs agieren. Es konnte gezeigt werden, dass diese verkürzten Spleißvarianten dennoch ubiquitär in der Honigbiene exprimiert werden. Bemerkenswerterweise wurden gewebeübergreifende Ähnlichkeiten der Expressionsmuster der Spleißvarianten gegenüber deren zugehörigen Volllängenvarianten festgestellt, welche auf Funktionen der verkürzten Varianten in vivo hindeuten. Im Hinblick auf die bei A. mellifera hauptsächlich altersbedingte Arbeitsteilung wurde die Expression der 5 HT Rezeptor-Subtypen in Gehirnen von unterschiedlich alten Arbeiterinnen mit unterschiedlichen sozialen Rollen verglichen. Während auf mRNA-Ebene keines der vier 5 HT Rezeptor-Subtypen eine altersabhängig unterschiedliche Expression zeigte, konnte für das Am5-HT1A-Protein eine höhere Konzentration in den Gehirnen älterer Tiere gefunden werden. Dies deutet auf eine posttranskriptionale Regulation der 5 HT1A Rezeptorexpression hin, welche im Zusammenhang mit der Arbeitsteilung stehen könnte. Es erfolgte die Untersuchung tageszeitlicher Änderungen sowohl der Expression der 5 HT Rezeptor-Subtypen, als auch des biogenen Amins 5 HT selbst. Während es in den Gehirnen von Arbeiterinnen, welche unter natürlichen Bedingungen gehalten wurden, zu keiner tageszeitabhängigen Veränderung des 5 HT-Titers kam, zeigte die mRNA-Expression von Am5-ht2α und Am5-ht2β eine periodische Oszillation mit Zunahme während des Tages und Abnahme während der Nacht. Diese Regulation wird durch externe Faktoren hervorgerufen und ist nicht auf einen endogenen circadianen Rhythmus zurückzuführen. Dies ging aus der Wiederholung der Expressionsmessungen an Gehirnen von Bienen, welche unter konstanten Laborbedingungen gehalten wurden, hervor. Weiterhin wurde die Beteiligung des serotonergen Systems an der Steuerung von Aspekten des circadianen lokomotorischen Aktivitätsrhythmus anhand von Verhaltensexperimenten untersucht. Mit 5 HT gefütterte Arbeiterinnen zeigten dabei unter konstanten Bedingungen eine längere Periode des Aktivitätsrhythmus als Kontrolltiere. Dies deutet auf einen Einfluss von 5 HT auf die Modulation der Synchronisation der inneren Uhr hin. Die vorliegenden Ergebnisse tragen wesentlich zum tieferen Verständnis des serotonergen Systems der Honigbiene bei und bieten Ansatzpunkte für weitergehende Studien zur Funktion von 5 HT im Zusammenhang mit der Modulation von physiologischen Prozessen, Arbeitsteilung und circadianen Rhythmen.show moreshow less
  • The biogenic amine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) acts as an important chemical messenger in a variety of organisms. The 5 HT-mediated signal is perceived by specific receptors and converted to a cellular response. This 5 HT receptors mainly belong to the family of G protein-coupled receptors (GPCRs). The honeybee offers various starting points to explore the functions of the serotonergic system in insects, among other things because of their eusocial lifestyle. In A. mellifera four 5-HT receptor subtypes have been described and molecularly and pharmacologically characterized: Am5 HT1A, Am5 HT2α, Am5 HT2β and Am5 HT7. The aim of this study was to investigate the tissue-specific and age- and daytime-dependent expression patterns of the 5 HT receptor subtypes in order to contribute to a comprehensive understanding of the serotonergic system in A. mellifera. The expression of the 5 HT receptor genes was measured in the central nervous system, as well as in parts of the digestive, excretory and salivary system. It was shownThe biogenic amine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) acts as an important chemical messenger in a variety of organisms. The 5 HT-mediated signal is perceived by specific receptors and converted to a cellular response. This 5 HT receptors mainly belong to the family of G protein-coupled receptors (GPCRs). The honeybee offers various starting points to explore the functions of the serotonergic system in insects, among other things because of their eusocial lifestyle. In A. mellifera four 5-HT receptor subtypes have been described and molecularly and pharmacologically characterized: Am5 HT1A, Am5 HT2α, Am5 HT2β and Am5 HT7. The aim of this study was to investigate the tissue-specific and age- and daytime-dependent expression patterns of the 5 HT receptor subtypes in order to contribute to a comprehensive understanding of the serotonergic system in A. mellifera. The expression of the 5 HT receptor genes was measured in the central nervous system, as well as in parts of the digestive, excretory and salivary system. It was shown that the investigated 5-HT receptor subtypes are widely distributed in the honeybee. Interestingly, the tissues examined differed with regard to the mRNA expression pattern of the studied receptors. While in the brain the expression of Am5 ht1A and Am5 ht7 was higher than that of Am5 ht2α and Am5 ht2β, the opposite held true for intestinal tissue. It was already known that alternative splicing occurs in the expression of both Am5-ht2 genes. This leads to the formation of the truncated mRNA variants Am5 ht2αΔIII and Am5 ht2βΔII. The resulting proteins cannot act as functional GPCRs. However, it was demonstrated that these truncated splice variants are still ubiquitously expressed in the honeybee. Remarkably, similarities in the expression patterns of the shortened splice variants towards their corresponding full length variants were found throughout different tissues that indicate in vivo functions of the shortened variants. In view of the mainly age related division of labor in A. mellifera, the expression of the 5 HT receptor subtypes was compared in brains of different aged workers with different social roles. While none of the four 5 HT receptor subtypes showed an age-dependent differential expression at the mRNA level, a higher concentration in the brains of older animals could be found for the Am5-HT1A protein. This points to a post-transcriptional regulation of 5 HT1A receptor expression, which could be associated with the division of labor. It was carried out the investigation of diurnal changes in both the expression of the 5 HT receptor subtypes, and of the biogenic amine 5 HT itself. While in the brains of workers, which were kept under natural conditions, no daytime-dependent changes of the 5 HT titer could be found, the mRNA expression of Am5 ht2α and Am5-ht2β showed a periodic oscillation with an increase during the day and a decrease at night. This regulation is caused by external factors and not due to an endogenous circadian rhythm. That was shown by the repetition of the expression measurements on brains of bees, which were kept under constant laboratory conditions. Furthermore, the involvement of the serotonergic system in controlling aspects of circadian locomotor activity rhythm was investigated in behavioral experiments. Under constant conditions, worker bees which were fed with 5 HT showed a longer period of locomotor rhythm than control animals. This suggests an influence of 5 HT in the modulation of the synchronization of the internal clock. In conclusion, the present results contribute to a more detailed understanding of the serotonergic system of the honeybee and provide a basis for further studies on the function of 5 HT in connection with the modulation of physiological processes, division of labor and circadian rhythms.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Metadaten
Author:Daniel Rolke
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96667
Advisor:Wolfgang Blenau
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2016/07/25
Release Date:2016/10/19
Tag:Honigbiene; Rezeptor; Serotonin
honey bee; receptors; serotonin
Pagenumber:xii, 125
RVK - Regensburg Classification:WQ 7600, WE 5240, WD 5832
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Biochemie und Biologie
Licence (German):License LogoKeine Nutzungslizenz vergeben - es gilt das deutsche Urheberrecht