Karakterisatie van twee orexine receptor-orthologen bij Bombus terrestris

Ook hommels hebben een allatotropine receptor

Neuropeptiden zijn kleine hormonen die afgescheiden worden door de hersenen. Ze kunnen gezien worden als signalen die de hersenen gebruiken om te communiceren met de rest van het lichaam. Bij dieren sturen deze neuropeptiden diverse fysiologische reacties zoals bijvoorbeeld het hongergevoel of paargedrag. Neuropeptiden zijn betrokken bij alle processen in het leven van insecten en andere dieren, zoals de ontwikkeling, het metabolisme en de voortplanting.

Een probleem met neuropeptiden, en tevens ook andere extracellulaire signalen, is dat deze bij insecten terecht komen in een extracellulaire vloeistof die te vergelijken is met het bloed bij zoogdieren. Deze signalen komen hierdoor niet terecht in de cellen die de reacties moeten uitvoeren aangezien ze worden tegengehouden door de ondoorlaatbare celmembraan. Dit is een probleem want cellen kunnen enkel reageren op het signaal als dit signaal wordt doorgegeven naar het intracellulaire cytosol, waar de cellulaire reacties plaatsvinden. Op deze plaats zal dus het signaal omgezet worden tot een fysiologische reactie.

Om deze barrière te overbruggen bedacht moeder natuur een oplossing; namelijk de transmembraanreceptoren. Transmembraanreceptoren zijn eiwitten die de celmembraan overspannen en een uitwendig signaal, zoals neuropeptiden, kunnen doorgeven tot in het cytosol. Een speciale soort transmembraanreceptor zijn de G-proteïne gekoppelde receptoren (GPCR). Deze receptoren detecteren de aanwezigheid van een neuropeptide en geven dit signaal door naar G-proteïnen die gelegen zijn in het inwendige milieu van de cellen. Deze G-proteïnen geven het signaal vervolgens door aan verschillende andere eiwitten die op hun beurt weer andere eiwitten zullen activeren of deactiveren tot uiteindelijk het signaal beëindigd wordt. Hierdoor wordt een aanvankelijk zwak signaal binnen de cel versterkt. Dit fundamenteel biologisch proces wordt signaaltransductie genoemd.

GPCRs zijn erg specifieke receptoren. Een neuropeptide van één diersoort lokt niet altijd een reactie uit bij receptoren van een andere diersoort. Tevens werkt minstens 30% van de geneesmiddelen in op GPCRs. Indien GPCRs niet specifiek zouden zijn zouden deze geneesmiddelen vele nevenreacties uitlokken, die in de meeste gevallen niet gewenst zijn of zelfs soms levensbedreigend zijn.

GPCRs zijn erg belangrijk bij zowel mens als dier. In 2012 kregen Robert J. Lefkowitz en Brian K. Kobilka zelfs de nobelprijs voor chemie voor hun onderzoek naar GPCRs.

Bij insecten is de ontwikkeling van geneesmiddelen minder belangrijk. Maar het onderzoek naar neuropeptiden en hun GPCRs kan echter belangrijke gevolgen hebben voor de ontwikkelen van pesticiden. Het probleem van hedendaagse pesticiden is dat deze vaak niet alleen de gewenste insecten doden, maar ook andere insecten die juist wel nuttig zijn. Omdat GPCRs zo soortspecifiek zijn, zijn deze receptoren ideale doelwitten omdat ze alleen een effect hebben bij de pestsoort, en minder bij andere insectensoorten.

Een voorbeeld van een neuropeptide is allatotropine. Allatotropine kan bij verschillende soorten verschillende reacties uitlokken. Zo stimuleert het bij verschillende insectensoorten de productie van juveniel hormoon, dat betrokken is bij de vervelling van insecten. Bovendien heeft allatotropine ook andere functies. Zo kan het bijvoorbeeld de hartslag doen verhogen, kan het contracties in de voordarm stimuleren en speelt het zelfs een rol bij het dag- en nachtritme.

Bij de hommel kan de aanwezigheid van allatotropine een bepalende rol spelen. Hommels zijn sociale insecten waarbij iedere hommel een verschillende taak toegewezen krijgt. Zo zal de ene hommel de taak op zich nemen om voedsel te gaan zoeken terwijl een andere hommel in het nest blijft om voor de jongen te zorgen. Deze taakverdeling wordt onder andere gereguleerd door juveniel hormoon, waarvan de productie dus gestimuleerd wordt door allatotropine. Tot voor kort dacht men dat de vliesvleugeligen, waartoe de hommels en de bijen behoren, geen allatotropine konden produceren. Pas in 2012 werd het allatotropine gen ontdekt bij hommels en bijen. Maar zonder receptor kan allatotropine natuurlijk geen effect veroorzaken. Daarom is het belangrijk om aan te tonen dat ook de receptor aanwezig is.

Na een grondige analyse en met behulp van bio-informatica werd een allatotropine receptor gen voorspeld bij de hommel Bombus terrestris. Met behulp van een speciale techniek waarbij een lichtsignaal geproduceerd wordt indien de receptor geactiveerd wordt, hebben wij aangetoond dat deze GPCR receptor inderdaad geactiveerd wordt door allatotropine. Bovendien hebben we ook aangetoond dat deze receptor het meest voorkomt in de mannelijke accessorische klieren. Deze klieren produceren een vloeistof die gemengd wordt met sperma en het zal beschermen, wat erop kan wijzen dat allatotropine een rol vervult in de mannelijke vruchtbaarheid.