De rol van GPCRs in metabolisme en fysiologie van de erwtenbladluis, Acyrthosiphon pisum.

Insecten omvatten 80% van alle diersoorten en zijn hierdoor de grootste en meest diverse levensvorm op de planeet. Doorheen de evolutie pasten insecten zich aan en bezetten ze sterk uiteenlopende habitats, wat resulteerde in een rijke variatie aan lichaamsvormen, grootten en gespecialiseerde voedingsmechanismen. Insecten bieden dus een unieke mogelijkheid om inzicht te krijgen in de mechanismen die voeding en metabolisme controleren en hoe deze tijdens de evolutie veranderden. Bovendien biedt inzicht in de voedingsregulatie een mogelijkheid om nieuwe doelwitten te identificeren voor gerichte insectbestrijding, onze belangrijkste concurrenten voor voedsel. De orde van Hemiptera, ook wel bekend als halfvleugeligen, staat in de top drie van belangrijke plaaginsecten. Hemiptera voeden zich met vloeistoffen waarvoor ze aangepaste monddelen gebruiken, waaronder een stylet. Een bekende groep van Hemiptera zijn de bladluizen. Floëemsap van planten, de exclusieve voedselbron voor bladluizen, bevat een hoge concentratie koolhydraten, maar het ontbreekt of is laag in verschillende essentiële aminozuren en vitamines. De voedingsbehoeften voor de ontwikkeling en de voortplanting van bladluizen worden bereikt dankzij de evolutief oude relatie met de endosymbiotische bacterie, Buchnera aphidicola. Deze bacteriën bevinden zich in grote gespecialiseerde cellen binnenin de bladluis, bekend als bacteriocyten. Aanvankelijk werd gedacht dat de enige functie van de bacteriocyten het huisvesten van bacteriën was, maar recente studies toonden een opmerkelijke dynamiek en plasticiteit van bacteriocyten. Dit roept de vraag op hoe bacteriocyten worden geïntegreerd in en gereguleerd door fysiologie en metabolisme van de gastheer. GPCRs zijn de grootste groep transmembraaneiwitten en staan in voor de regulatie van veel belangrijke fysiologische en gedragsprocessen. Tot op heden bleken veel insectenneuropeptiden en GPCRs voedingsgedrag en darmmotiliteit te reguleren. Er is echter weinig tot niets bekend over de rol van GPCRs bij het reguleren van voeding en metabolisme in bladluizen.

In dit onderzoek zullen we de erwtenbladluis, Acyrthosiphon pisum, als modelinsect gebruiken om GPCRs met een rol in voeding en metabolische homeostase te identificeren en karakteriseren met als focus de darm en de bacteriocyten, weefsels essentieel voor voeding en metabolisme.

Het project bestaat uit twee belangrijke onderdelen, de analyse van peptide-ligandspecificiteit en karakteriseren van de rol van GPCRs in nutriëntafhankelijk metabolisme en fysiologie. Relevante GPCRs werden geselecteerd op basis van hun expressie in de darm en bacteriocyten. Eerst zal de ligandspecificiteit bepaald worden in heterologe cellijnen. Vervolgens zal de fysiologische respons van de darm en bacteriocyten op ligandbinding bepaald worden in in vitro systemen. Ten tweede zullen RNAi en peptidomimetics gebruikt worden om de rol van de GPCRs en hun liganden in voedingsgedrag, fysiologie en metabolisme van de bladluis te bepalen.

Dit onderzoek zal ons meer inzicht geven in de rol van GPCRs in het reguleren van voeding en metabolisme in bladluizen, en in de manier waarop bacteriocyten geïntegreerd zijn in het interorgaan communicatienetwerk dat metabole homeostase reguleert. Dit onderzoek kan mogelijk ook resulteren in de identificatie van nieuwe doelwitten voor de controle van plaaginsecten.