The signal transduction of the adipokinetic hormone and regulation of energy metabolism in the cricket, Gryllus bimaculatus de Geer (Ensifera: Gryllidae)

Signaltransduktion des adipokinetischen Hormons und Regulierung des Energiestoffwechsels von Gryllus bimaculatus de Geer (Ensifera: Gryllidae)

The fat body from the cricket, Gryllus bimaculatus incorporates acetate, glycerol or palmitate into lipid in vitro. Adipokinetic hormone (AKH) inhibits acetate incorporation into lipid by the fat body from adult crickets in vitro. AKH inhibits palmitate incorporation into lipid to a small extent, however, it does not influence the incorporation of palmitate into different lipid classes. In the presence of AKH, glycerol incorporation into lipid by the adult cricket fat body increases by several fThe fat body from the cricket, Gryllus bimaculatus incorporates acetate, glycerol or palmitate into lipid in vitro. Adipokinetic hormone (AKH) inhibits acetate incorporation into lipid by the fat body from adult crickets in vitro. AKH inhibits palmitate incorporation into lipid to a small extent, however, it does not influence the incorporation of palmitate into different lipid classes. In the presence of AKH, glycerol incorporation into lipid by the adult cricket fat body increases by several fold. AKH does not influence the incorporation of glycerol into different lipid classes. The fat body incorporates glycerol mainly into triacylglycerol (TAG) and almost exclusively into the backbone. AKH inhibits fatty acid (FA) synthesis but not the coupling of FAs with the glycerol backbone. Triacylglycerol lipase (TGL) from the fat body, in last larval instar and adult crickets, shows an age-dependent pattern of activity. AKH activates TGL, but does not regulate ACCase, ACL and FAS upon treatment of the fat body for a short period, under the assay conditions. The FAS and acetate incorporation activities are highly correlated in an age-dependent manner and are highest on day 2 of the adult stage. The activation of the formation of sn-1,2-DAG from TAG, in the fat body by AKH seems to be via the removal of FAs at positions 1 and 3, followed by reacylation of 2-MAG. The presence of calcium in the incubation medium is crucial for the inhibition of acetate incorporation by AKH; possibly it is essential for the binding of AKH to the receptor. The influx of acetate and calcium into and efflux of calcium from the cytosol are not affected by AKH. The release of calcium from intracellular calcium stores in the fat body, caused by thapsigargin, inhibits acetate incorporation irreversibly and shows a tendency for the activation of TGL. The calcium ionophore ionomycin inhibits acetate incorporation by the fat body reversibly and shows a tendency for TGL activation. Another ionophore, A23187 also inhibits acetate incorporation. Caffeine and theophylline inhibit acetate incorporation by the fat body in a reversible manner and tend to activate TGL. Caffeine seems to act via the release of calcium from intracellular stores and not via increase in the cellular cAMP concentrations. cAMP analogues and agonists do not influence acetate incorporation, however, the agonists, IBMX and forskolin cause a multifold increase in the cAMP concentrations in the fat body. AKH does not affect the cAMP concentrations in the fat body suggesting that cAMP is not involved in the signal transduction. As the activation of protein kinase C by PMA (a phorbol ester) does not affect acetate incorporation, diacylglycerol does not seem to be involved in the AKH signal transduction. The activation and/or translocation of TGL and inhibition of fatty acid synthesis by AKH seems to be via the release of calcium from intracellular calcium stores. Lipid and protein form a major part of the fat body in the penultimate larval instar crickets, while glycogen forms a minor part. However, in comparison with the adult (glycogen content of fat body about 1%) and last larval instar crickets (glycogen content about 3%), the penultimate larval instar crickets contain higher amounts of glycogen (about 9%). AKH inhibits acetate incorporation into lipid by the fat body from penultimate larval instar crickets. The patterns of acetate incorporation and inhibition by AKH are similar in both, males and females. The inhibition is dose-dependent with an EC50 of 79 pM AKH. AKH seems to play an important role in the development and reproduction of insects, in addition to its role during flight metabolism.show moreshow less
Der Fettkörper von Gryllus bimaculatus baut in vitro Acetat, Glycerin und Palmitinsäure in Lipide ein. Das Adipokinetische Hormon (AKH) hemmt die Inkorporation von Acetat in Lipide im Fettkörper adulter Grillen in vitro. AKH hemmt auch die Inkorporation von Palmitinsäure, allerdings nur sehr schwach. Es hat keine Auswirkungen darauf, in welche Lipidklassen Palmitinsäure eingebaut wird. AKH erhöht den Einbau von Glycerin in Lipide um ein Vielfaches, hat jedoch keinen Einfluss darauf, in welche LiDer Fettkörper von Gryllus bimaculatus baut in vitro Acetat, Glycerin und Palmitinsäure in Lipide ein. Das Adipokinetische Hormon (AKH) hemmt die Inkorporation von Acetat in Lipide im Fettkörper adulter Grillen in vitro. AKH hemmt auch die Inkorporation von Palmitinsäure, allerdings nur sehr schwach. Es hat keine Auswirkungen darauf, in welche Lipidklassen Palmitinsäure eingebaut wird. AKH erhöht den Einbau von Glycerin in Lipide um ein Vielfaches, hat jedoch keinen Einfluss darauf, in welche Lipidklassen Glycerin eingebaut wird. Glycerin wird hauptsächlich in Triacylglycerine eingebaut und hier praktisch ausschließlich in den Glycerinanteil. AKH hemmt die Fettsäuresynthese, aber nicht den Einbau der Fettsäuren in Glycerine. Die Fettkörpertriacylglycerin-Lipase aus letzten Larven und adulten Grillen zeigt einen altersabhängigen Aktivitätsverlauf. AKH aktiviert die Triacylglycerin-Lipase in vitro, hat aber, zumindest unter den gewählten Versuchsbedingungen, keinen Einfluss auf die Aktivität der Acetyl-CoA-Carboxylase, der ATP-Citrat-Lyase und der Fettsäuresynthase. Zwischen dem altersabhängigen Verlauf der Aktivität der Fettsäuresynthase und dem Acetateinbau in Lipide besteht eine hohe Korrelation; die höchsten Werte werden an Tag 2 des Adultstadiums erreicht. AKH aktiviert die Bildung von sn-1,2-Diacylglycerin aus Triacylglycerin. Wahrscheinlich werden die Fettsäuren an Position 1 und 3 des Glycerins entfernt und anschließend das 2-Monoacylglycerin reacyliert. Das Vorhandensein von Calcium im Inkubationsmedium ist essentiell für die hemmende Wirkung des AKH auf den Acetateinbau in Lipide, und hier wohl insbesondere für die Bindung von AKH an seinen Rezeptor. Der Einstrom von Acetat und Calcium in die Fettkörperzellen, sowie der Ausstrom von Calcium werden nicht von AKH beeinflusst. Die durch Thapsigargin hervorgerufene Freisetzung von Calcium aus interzellulären Calciumspeichern des Fettkörpers führt zu einer irreversiblen Hemmung des Acetateinbaus in Lipide und fördert tendenziell die Aktivität der Triacylglycerin-Lipase. Der Calciumionophor Ionomycin hemmt den Acetateinbau reversibel und führt zu einer tendenziellen Aktivierung der Triacylglycerin-Lipase. Auch der Calciumionophor A23187 hemmt den Acetateinbau. Koffein und Theophyllin hemmen den Acetateinbau in Lipide reversibel und erhöhen die Aktivität der Triacylglycerin-Lipase tendenziell. Koffein wirkt offenbar nicht über die Erhöhung der cAMP-Konzentration, sondern über die Freisetzung von Calcium aus intrazellulären Calciumspeichern. cAMP-Analoge und -Agonisten hemmen den Acetateinbau in Lipide nicht, obwohl IBMX und Forskolin zu deutlich erhöhten cAMP-Titern im Fettkörper führen. Gegen eine Beteiligung des cAMP-Systems spricht auch die Tatsache, dass AKH die Konzentration von cAMP im Fettkörper nicht beeinflusst. Auch die Aktivierung der Proteinkinase C durch den Phorbolester PMA hat keinen Einfluss auf den Acetateinbau in Lipide. Daher scheinen auch Diacylglycerine nicht and der Signaltransduktion von AKH beteiligt zu sein. Die Aktivierung und/oder Translokation der Triacylglycerin-Lipase sowie die Hemmung der Fettsäuresynthese durch AKH scheint über die Freisetzung von Calcium aus intrazellulären Speichern vermittelt zu werden. Lipide und Proteine sind die vorherrschenden Inhaltsstoffe im Fettkörper von vorletzten Larven. Glycogen spielt als Speicherstoff nur eine untergeordnete Rolle; der Glycogengehalt im Fettkörper ist aber im Vergleich zu adulten Grillen (ca. 1%) und letzten Larven (ca. 3%) in den vorletzten Larven deutlich höher (ca. 9%). Der altersabhängige Einbau von Acetat in Lipide im Fettkörper von vorletzten Larven ist bei Weibchen und Männchen nahezu gleich, ebenso die Hemmung des Acetateinbaus durch AKH. Die hemmende Wirkung ist dosisabhängig, mit einer EC50 von 79 pM AKH. Neben seiner regulierenden Funktion bei Aktivierung des Flugstoffwechsels scheint AKH auch eine wichtige Rolle bei der hormonellen Regulation von Entwicklung und Fortpflanzung der Insekten zu spielen.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Anurag N. Anand
Advisor:PD, Dr. Matthias Walther Lorenz
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:27.05.2004
Year of Completion:2004
SWD-Keyword:Calcium; Energiestoffwechsel; Gryllus bimaculatus; Insekten; Neurohormon
Tag:AKH; Enzyme; Fettkörper; Larven; Orthoptera
Insect; energy metabolism; fat body; lipid; signal transduction
Dewey Decimal Classification:570 Biowissenschaften; Biologie
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-900
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):15.06.2004