Veränderungen in der Cholesterinproduktion führen zu einer tragischen Tintenfisch-Todesspirale

Octopus bimaculoides. Bildnachweis: Tom Kleindinst, Meeresbiologisches Labor

Trotz all ihrer unheimlichen Intelligenz und scheinbar übernatürlichen Fähigkeiten, die Farbe zu ändern und Gliedmaßen zu regenerieren, erleiden Tintenfische oft einen tragischen Tod. Nachdem eine Tintenfischmutter ein Gelege Eier gelegt hat, hört sie auf zu essen und verkümmert; Bis die Eier schlüpfen, ist sie tot. Einige Weibchen in Gefangenschaft scheinen diesen Prozess sogar absichtlich zu beschleunigen, indem sie sich selbst verstümmeln und ihre Arme zu einem Wirrwarr verdrehen.

Die Quelle dieses bizarren mütterlichen Verhaltens scheint die Sehdrüse zu sein, ein Organ, das dem Sehnerv ähnelt Hypophyse bei Säugetieren. Jahrelang war unklar, wie genau diese Drüse die grausame Todesspirale auslöste, aber eine neue Studie von Forschern der University of Chicago, der University of Washington und der University of Illinois Chicago (UIC) zeigt, dass die Sehdrüse bei mütterlichen Kraken leidet eine massive Verschiebung in cholesterinstoffwechselwas zu dramatischen Veränderungen in der Steroide produziert. Änderungen im Cholesterin Stoffwechsel bei anderen Tieren, einschließlich Menschen, kann schwerwiegende Folgen für die Langlebigkeit und das Verhalten haben, und die Autoren der Studie glauben, dass dies wichtige Ähnlichkeiten in den Funktionen dieser Steroide aufzeigt Tierreichin weichen Kopffüßern und Wirbeltieren gleichermaßen.

“Wir wissen, dass Cholesterin aus ernährungsphysiologischer Sicht wichtig ist und auch innerhalb verschiedener Signalsysteme im Körper”, sagte Z. Yan Wang, Ph.D., Assistenzprofessor für Psychologie und Biologie an der University of Washington und Hauptautor der Studie . . „Es ist an allem beteiligt, von der Flexibilität der Zellmembranen bis zur Produktion von Stresshormonen, aber es war eine große Überraschung zu sehen, dass es auch in diesem Lebenszyklusprozess eine Rolle spielt.“

Veränderungen in der Cholesterinproduktion führen zu einer tragischen Tintenfisch-Todesspirale

Octopus bimaculoides. Bildnachweis: Kathryn Knight, UChicago

Selbstzerstörungshormone

1977 zeigte der Psychologe Jerome Wodinsky von der Brandeis University, dass, wenn er die Sehdrüse des karibischen Zweifleck-Oktopus (Tintenfisch hummelincki)-Mütter verließen sie ihr Gelege, nahmen die Nahrungsaufnahme wieder auf und lebten Monate länger. Damals schlossen Kopffüßer-Biologen, dass die Sehdrüse eine Art „Selbstzerstörungs“-Hormon absondern muss, aber was es war und wie es funktionierte, war unklar.

Im Jahr 2018 haben Wang, damals Doktorand an der University of Chicago, und Clifton Ragsdale, Ph.D., Professor für Neurobiologie an der UChicago, sequenzierte das RNA-Transkriptom der Sehdrüse von mehreren kalifornischen Zweipunktkraken (Octopus bimaculoides) in verschiedenen Stadien ihres mütterlichen Niedergangs. RNA enthält Anweisungen von der DNA zur Herstellung von Proteinen, daher ist die Sequenzierung eine gute Möglichkeit, die Aktivität von Genen zu verstehen und zu verstehen, was zu einem bestimmten Zeitpunkt in Zellen vor sich geht. Als die Tiere zu fasten und zu verfallen begannen, gab es höhere Aktivitätsniveaus in Genen, die Cholesterin metabolisieren und Steroide produzieren, das erste Mal, dass die Sehdrüse mit etwas anderem als der Fortpflanzung in Verbindung gebracht wurde.

In der neuen Zeitung, erschienen diese Woche in Aktuelle Biologie, Wang und Ragsdale gingen mit ihren Studien einen Schritt weiter und analysierten die Chemikalien, die von der Sehdrüse des mütterlichen Oktopus produziert werden. Sie arbeiteten mit Stephanie Cologna, Ph.D., außerordentliche Professorin für Chemie an der UIC, und Melissa Pergande, einer ehemaligen Doktorandin an der UIC, die sich auf Massenspektometrie spezialisiert hat, eine Technik, die die chemische Zusammensetzung biologischer Proben analysiert. Da Wangs frühere Forschung auf eine erhöhte Aktivität in den Genen hinwies, die Steroide produzieren, konzentrierten sie sich auf Cholesterin und verwandte Moleküle im Sehdrüsengewebe.

Veränderungen in der Cholesterinproduktion führen zu einer tragischen Tintenfisch-Todesspirale

Octopus bimaculoides. Bildnachweis: Kathryn Knight, UChicago

Sie fanden drei verschiedene Wege, die an der Erhöhung der Steroidhormone nach der Reproduktion beteiligt sind. Einer von ihnen produziert Pregnenolon und Progesteron, zwei Steroide, die häufig mit Schwangerschaft in Verbindung gebracht werden. Ein anderer produziert mütterliche Cholestanoide oder Zwischenkomponenten für Gallensäureund der dritte produziert erhöhte Spiegel von 7-Dehydrocholesterin (7-DHC), einem Vorläufer von Cholesterin.

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die mütterliche Sehdrüse dramatische Veränderungen erfährt, um während der Abnahmestadien mehr Pregnenolon und Progesteron, mütterliche Cholestanoide und 7-DHC zu produzieren. Während Schwangerschaftshormone zu erwarten sind, ist dies das erste Mal, dass so etwas wie die Komponenten für Gallensäuren oder Cholesterin mit der mütterlichen Oktopus-Todesspirale in Verbindung gebracht wurden.

Einige dieser gleichen Wege werden auch zur Produktion von Cholesterin in Mäusen und anderen Säugetieren verwendet. „Es gibt zwei Hauptwege zur Bildung von Cholesterin, die aus Studien an Nagetieren bekannt sind, und jetzt gibt es Beweise aus unserer Studie, dass diese Wege wahrscheinlich auch bei Tintenfischen vorhanden sind“, sagte Wang. „Es war wirklich aufregend, die Ähnlichkeit zwischen so unterschiedlichen Tieren zu sehen.“

Erhöhte 7-DHC-Spiegel sind für den Menschen toxisch; Es ist das Kennzeichen einer genetischen Störung namens Smith-Lemli-Opitz-Syndrom (SLOS), die durch eine Mutation in dem Enzym verursacht wird, das 7-DHC in Cholesterin umwandelt. Kinder mit der Störung leiden unter schwerwiegenden Folgen für Entwicklung und Verhalten, einschließlich wiederholter Selbstverletzungen, die an das Verhalten von Tintenfischen am Lebensende erinnern.

Veränderungen in der Cholesterinproduktion führen zu einer tragischen Tintenfisch-Todesspirale

Octopus bimaculoides. Bildnachweis: Kathryn Knight, UChicago

Winzig und unterschätzt

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Störung des Cholesterinproduktionsprozesses in Tintenfische hat schwerwiegende Folgen, genau wie bei anderen Tieren. Was Wang und ihr Team bisher entdeckt haben, ist ein weiterer Schritt in der Selbstzerstörungssequenz des Oktopus, der weitere Veränderungen stromabwärts signalisiert, die letztendlich zu dem seltsamen Verhalten und dem Tod der Mutter führen.

„Auffallend ist, dass sie diese Reihe von Veränderungen durchlaufen, bei denen sie kurz vor ihrem Tod verrückt zu werden scheinen“, sagte Ragsdale. “Vielleicht sind das zwei Prozesse, vielleicht sind es drei oder vier. Jetzt haben wir mindestens drei anscheinend unabhängige Wege zu Steroidhormonen, die für die Vielzahl von Wirkungen verantwortlich sein könnten, die diese Tiere zeigen.”

Diesen Sommer wird Wang als Teil des Grass Fellowship am UChicago angeschlossenen Marine Biological Laboratory (MBL) studieren, bevor sie an die Fakultät der University of Washington wechselt. Eine große Attraktion von MBL ist ihr umfangreiches Forschungsprogramm für Kopffüßer, insbesondere ein neues Tiermodell, der kleinere pazifische Streifenkrake (Ocotopus chierchiae). Neben anderen nützlichen Merkmalen wie seiner kleinen, handlichen Größe zerstört sich der gestreifte Oktopus nach der Zucht nicht selbst, wie die Tiere, die Wang und Ragsdale bisher untersucht haben. Wang plant, die Sehdrüsen des gestreiften Oktopus zu untersuchen und sie mit ihren neuen Ergebnissen zu vergleichen, um nach Hinweisen zu suchen, wie er die tragische Todesspirale des Oktopus vermeidet.

Veränderungen in der Cholesterinproduktion führen zu einer tragischen Tintenfisch-Todesspirale

Octopus bimaculoides. Bildnachweis: Kathryn Knight, UChicago

„Die Sehdrüse existiert in allen anderen Kopffüßern mit weichem Körper, und sie haben so unterschiedliche Fortpflanzungsstrategien“, sagte sie. „Es ist so winzig Drüse und es wird unterschätzt, und ich denke, es wird spannend zu erforschen, wie es zu einer so großen Vielfalt von Lebensgeschichten bei Kopffüßern beiträgt.

Die Studie trägt den Titel „Steroidhormone der Krake Selbstzerstörungssystem.”


Die düsteren, letzten Tage einer Oktopusmutter


Mehr Informationen:
Z. Yan Wang, Steroidhormone des Oktopus-Selbstzerstörungssystems, Aktuelle Biologie (2022). DOI: 10.1016 / j.cub.2022.04.043. www.cell.com/current-biology/f… 0960-9822 (22) 00661-3

Zur Verfügung gestellt von
Universität Chicago

Zitat: Änderungen in der Cholesterinproduktion führen zu einer tragischen Tintenfisch-Todesspirale (2022, 12. Mai), abgerufen am 12. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-cholesterol-production-tragic-octopus-death.html

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