Insulin/insulin-like growth factor (IGF)-1 signaling (IIS) pathway regulates aging in many organisms, ranging from simple invertebrates to mammals, including humans. Many seminal discoveries regarding the roles of IIS in aging and longevity have been made by using the roundworm Caenorhabditis elegans and the fruit fly Drosophila melanogaster. In this review, we describe the mechanisms by which various IIS components regulate aging in C. elegans and D. melanogaster. We also cover systemic and tissue-specific effects of the IIS components on the regulation of lifespan. We further discuss IIS-mediated physiological processes other than aging and their effects on human disease models focusing on C. elegans studies. As both C. elegans and D. melanogaster have been essential for key findings regarding the effects of IIS on organismal aging in general, these invertebrate models will continue to serve as workhorses to help our understanding of mammalian aging.
Nematode infections compromise human health and reduce agricultural productivtiy. Experiments that exploit the powerful molecular genetics of the free-living nematode Caenorhabdl - elegans have contributed to our understanding of how the major classes of anthelmintic nema-tocides kill worms and how worms might evolve resistance to these drugs In C. elegans, as in parasites, benzimidixoles interfere with microtubule polyumerization the imidazothiazoles/tetra-hydropyrimidines activate nicotinic acetylcholine receptors, and the macrocyclic la ctones activate qlutamate-gate chloride chanels. Mutant alleles of genes that encode drug targes often confer resistance in C. elegans. Preliminary evidence suggests that alleles of homologous genes in parasites will, in many cases, also play a role in resistance. Thus information acquired from C. elegans can be usefully applied to understand the mechanisms of drug sensitivity and the genetics of resis-tance in parasites.
The unc-29 region on the chromosome I of Caenorhabditis elegans has been mutagenized in order to obtain lethal mutations. In this screen, the uncoordinated phenotype of unc-29 (e193) mutant was used to identify any lethal mutations closely linked to the unc-29 gene, which encodes a subunit of nicotinic acetylcholine receptors. We have isolated six independent mutations (jh1 to jh6) out of approximately 5,200 ethyl methanesulfonate(EMS) treated haploids. Four of the six mutations demonstrated embryonic lethal phenotypes, while the other two showed embryonic and larval lethal phenotypes. Terminal phenotypes observed in two mutations (jh1 and jh2) indicated developmental defects specific to posterior part of embryos which appeared similar to the phenotypes observed in nob (no back end) mutants. Another mutation (jh4) resulted in an interesting phenotype of body-wall muscle degeneration at larval stage. These mutations were mapped by using three-factor crosses and deficiency mutants in this region. Here we report genetic analysis and characterization of these lethal mutations.
한국생물정보시스템생물학회 2004년도 The 3rd Annual Conference for The Korean Society for Bioinformatics Association of Asian Societies for Bioinformatics 2004 Symposium
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pp.150-157
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2004
microRNA (miRNA)는 21-25 nucleotide (nt)의 single-stranded RNA 분자로서 mRNA의 3' untranslated region (3' UTR)에 상보적으로 결합하여 유전자 발현을 제어하는 새로운 조절물질이다. 지금까지 실험을 통해 수백 개의 miRNA가 알려져 있으나, miRNA에 의해 조절되는 target 유전자는 실험상의 어려움으로 아직까지 거의 알려지지 않았다. miRNA는 서열의 길이가 짧고 target과 느슨한 상보적 결합을 하기 때문에 기존의 서열 비교 방법으로 miRNA의 target을 찾는 것은 쉬운 일이 아니다. 본 논문은 신경망을 이용하여 Caenorhabditis elegans mRNA의 3' UTR에서 miRNA가 결합하는 영역을 예측하였다. 신경망은 복잡한 비선형 데이터를 잘 분리해내고 불완전하고 잡음이 많은 입력에 강하기 때문에 miRNA target 예측에 적합하다. miRNA와 mRNA의 결합 영역을 다양하게 분석하였고 민감도 0.59, 특수도 0.99의 성능을 갖는 신경망을 구현하였다. 신경망 입력 값을 달리하여 각각의 특성이 결과에 미치는 영향을 분석하였고 기존 예측 방법에 의한 결과와 비교하여 성능을 평가하였다.
Most animals face frequent periods of starvation throughout their entire life and thus need to appropriately adjust their behavior and metabolism during starvation for their survival. Such adaptive responses are regulated by a complex set of systemic signals, including hormones and neuropeptides. While much progress has been made in identifying pathways that regulate nutrient-excessive states, it is still incompletely understood how animals systemically signal their nutrient-deficient states. Here, we showed that the FMRFamide neuropeptide FLP-20 modulates a systemic starvation response in Caenorhabditis elegans. We found that mutation of flp-20 rescued the starvation hypersensitivity of the G protein β-subunit gpb-2 mutants by suppressing excessive autophagy. FLP-20 acted in AIB neurons, where the metabotropic glutamate receptor MGL-2 also functions to modulate a systemic starvation response. Furthermore, FLP-20 modulated starvation-induced fat degradation in a manner dependent on the receptor-type guanylate cyclase GCY-28. Collectively, our results reveal a circuit that senses and signals nutrient-deficient states to modulate a systemic starvation response in multicellular organisms.
Park, Byung-Jae;Lee, Jin ll;Lee, Jiyeon;Kim, Sunja;Choi, Kyu Yeong;Park, Chul-Seung;Ahn, Joohong
Animal cells and systems
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제5권1호
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pp.65-69
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2001
Obtaining mutant animals is important for studying the function of a particular gene. A chemical mutagenesis was first carried out to generate mutations in C. elegans. In this study, we used ultraviolet-activated 4,5',8-trimethylpsoralen to induce small deletion mutations. A library of mutagenized worms was prepared for recovery of candidate animals and stored at $15^{\circ}C$ during screening instead of being made into a frozen stock library. In order to isolate deletion mutations in target genes, a polymerase chain reaction (PCR)-based screening method was used. As a result, two independent mutants with deletions of approximately 1.0 kb and 1.3 kb were isolated. This modified and improved reverse genetic approach was proven to be effective and practical for isolating mutant animals to study gene function at the organismal level.
Regulator of calcineurin 1 (RCAN1) binds to calcineurin through the PxIxIT motif, which is evolutionarily conserved. SP repeat phosphorylation in RCAN1 is required for its complete function. The specific interaction between RCAN1 and calcineurin is critical for calcium/calmodulin-dependent regulation of calcineurin serine/threonine phosphatase activity. In this study, we investigated two available deletion rcan-1 mutants in Caenorhabditis elegans, which proceed differently for transcription and translation. We found that rcan-1 may be required for calcineurin activity and possess calcineurin-independent function in body growth and egg-laying behavior. In the genetic background of enhanced calcineurin activity, the rcan-1 mutant expressing a truncated RCAN-1 which retains the calcineurin-binding PxIxIT motif but misses SP repeats stimulated growth, while rcan-1 lack mutant resulted in hyperactive egg-laying suppression. These data suggest rcan-1 has unknown functions independent of calcineurin, and may be a stimulatory calcineurin regulator under certain circumstances.
Diets based on carbohydrates increase rapidly the blood glucose level due to the fast conversion of carbohydrates to glucose. High glucose diets have been known to induce many lifestyle diseases. Here, we demonstrated that high glucose diet shortened the lifespan of Caenorhabditis elegans through apoptosis induction. Control adult groups without glucose diet lived for 30 days, whereas animals fed 10 mg/L of D-glucose lived only for 20 days. The reduction of lifespan by glucose diet showed a dose-dependent profile in the concentration range of glucose from 1 to 20 mg/L. Aging effect of high glucose diet was examined by measurement of response time for locomotion after stimulating movement of the animals by touching. Glucose diet decreased the locomotion capacity of the animals during mid-adulthood. High glucose diets also induced ectopic apoptosis in the body of C. elegans, which is a potent mechanism that can explain the shortened lifespan and aging. Apoptotic cell corpses stained with SYTO 12 were found in the worms fed 10 mg/L of glucose. Mutation of core apoptotic regulatory genes, CED-3 and CED-4, inhibited the reduction of viability induced by high glucose diet, which indicates that these regulators were required for glucose-induced apoptosis or lifespan shortening. Thus, we conclude that high glucose diets have potential for inducing ectopic apoptosis in the body, resulting in a shortened lifespan accompanied with loss of locomotion capacity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제16권9호
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pp.2846-2866
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2022
Caenorhabditis elegans exhibits sophisticated chemotaxis behavior through two parallel strategies, klinokinesis and klinotaxis, executed entirely by a small nervous circuit. It is therefore suitable for inspiring fast and energy-efficient solutions for autonomous navigation. As a random search strategy, the Lévy walk is optimal for diverse animals when foraging without external chemical cues. In this study, by combining these biological strategies for the first time, we propose a spiking neural network model for search and contour tracking of specific concentrations of environmental variables. Specifically, we first design a klinotaxis module using spiking neurons. This module works in conjunction with a klinokinesis module, allowing rapid searches for the concentration setpoint and subsequent contour tracking with small deviations. Second, we build a random exploration module. It generates a Lévy walk in the absence of concentration gradients, increasing the chance of encountering gradients. Third, considering local extrema traps, we develop a termination module combined with an escape module to initiate or terminate the escape in a timely manner. Experimental results demonstrate that the proposed model integrating these modules can switch strategies autonomously according to the information from a single sensor and control steering through output spikes, enabling the model worm to efficiently navigate across various scenarios.
Pyrimidine antagonists including 5-Fluorouracil (5-FU) have been used in chemotherapy for cancer patients for over 40 years. 5-FU, especially, is a mainstay treatment for colorectal cancer. It is a pro-drug that is converted to the active drug via the nucleic acid biosynthetic pathway. The metabolites of 5-FU inhibit normal RNA and DNA function, and induce apoptosis of cancer cells. One of the major obstacles to successful chemotherapy is the resistance of cancer cells to anti-cancer drugs. Therefore, it is important to elucidate resistance mechanisms to improve the efficacy of chemotherapy. We have used C. elegans as a model system to investigate the mechanism of resistance to 5-FU, which induces germ cell death and inhibits larval development in C. elegans. We screened 5-FU resistant mutants no longer arrested as larvae by 5-FU. We obtained 18 mutants out of 72,000 F1 individuals screened, and mapped them into three complementation groups. We propose that C. elegans could be a useful model system for studying mechanisms of resistance to anti-cancer drugs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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