Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66719010.31857/S0016675824100127weimkmКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationThe shaggy Gene Encoding the GSK3 Protein Kinase Controls the Sex-Dependent Effects of Specific Clusters of D. melanogaster Dopaminergic Neurons on LifespanГен shaggy, кодирующий протеинкиназу GSK3, контролирует зависимое от пола влияние отдельных кластеров дофаминергических нейронов d. Melanogaster на продолжительность жизниRoshinaN. V.РощинаН. В.
Russian Federation
egpas@rambler.ruVeselkinaE. R.ВеселкинаЕ. Р.
Russian Federation
veselkinaer123@gmail.comTrostnikovM. V.ТростниковМ. В.
Russian Federation
egpas@rambler.ruPasyukovaE. G.ПасюковаЕ. Г.
Russian Federation
egpas@rambler.ruNational Research Centre “Kurchatov Institute”Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”Vavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of SciencesИнститут общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наукInstitute of Gene Biology, Russian Academy of SciencesИнститут биологии гена Российской академии наук16102024601012212826022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/667190

Dopaminergic neurons control behavior, memory, and locomotion, and the causal relationship of their dysfunction to neurodegenerative diseases and aging has drawn attention to investigating the involvement of dopaminergic neurons in the regulation of lifespan. The highly conserved serine-threonine protein kinase GSK3 (Glycogen Syntase Kinase 3), one of the most important multifunctional cellular enzymes in higher organisms, which in Drosophila melanogaster is encoded by the shaggy gene, plays an important role in the function of dopaminergic neurons. This paper provides the first evidence that altering shaggy expression levels in just a few clusters of dopaminergic neurons can affect lifespan. This effect can be either negative or positive and depends on sex. The data obtained may serve as a basis for further search for targeted cell-specific factors regulating the rate of aging, as well as for the development of highly specific approaches to the therapy of neurodegenerative diseases.

Дофаминергические нейроны контролируют поведение, память и подвижность, а причинно-следственная связь нарушения их работы с нейродегенеративными заболеваниями и старением привлекает внимание к исследованию участия дофаминергических нейронов в регуляции продолжительности жизни. Важную роль в работе дофаминергических нейронов играет высококонсервативная серин-треониновая протеинкиназа GSK3 (Glycogen Syntase Kinase 3) – один из важнейших мультифункциональных ферментов клеток высших организмов, которую у Drosophila melanogaster кодирует ген shaggy. В этой статье впервые приведены доказательства того, что изменение уровня экспрессии shaggy всего лишь в нескольких кластерах дофаминергических нейронов может повлиять на продолжительность жизни. Это влияние может быть как отрицательным, так и положительным и зависит от пола. Полученные данные могут послужить основой для дальнейшего поиска сфокусированных на конкретных клетках-мишенях факторов, регулирующих темпы старения, а также для разработки высокоспецифичных подходов к терапии нейродегенеративных заболеваний.

lifespanthe nervous systemdopaminergic neuronsprotein kinase GSK3Drosophila melanogasterпродолжительность жизнинервная системадофаминергические нейроныпротеинкиназа GSK3Drosophila melanogasterНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт”National Research Centre “Kurchatov Institute”Chinta S.J., Andersen J.K. Dopaminergic neurons // Int. J. Biochem. Cell Biol. 2005. V. 37. № 5. P. 942–946. doi:10.1016/j.biocel.2004.09.009Zhou Z.D., Yi L.X., Wang D.Q. et al. Role of dopamine in the pathophysiology of Parkinson’s disease // Transl. Neurodegener. 2023. V. 12. № 1. P. 44. doi:10.1186/s40035023-00378-6Coleman C.R., Pallos J., Arreola-Bustos A. et al. Natural variation in age-related dopamine neuron degeneration is glutathione-dependent and linked to life span // bioRxiv. 2024. doi:10.1101/2024.02.12.580013Trostnikov M.V., Veselkina E.R., Krementsova A.V. et al. Modulated expression of the protein kinase GSK3 in motor and dopaminergic neurons increases female lifespan in Drosophila melanogaster // Front. Genet. 2020. V. 11. doi:10.3389/fgene.2020.00668Tian X. Enhancing mask activity in dopaminergic neurons extends lifespan in flies // Aging Cell. 2021. V. 20. № 11. doi:10.1111/acel.13493Beurel E., Grieco S.F., Jope R.S. Glycogen synthase kinase-3 (GSK3): Regulation, actions, and diseases // Pharmacol. Ther. 2015. V. 148. P. 114–131. doi:10.1016/j.pharmthera.2014.11.016Patel P., Woodgett J.R. Glycogen synthase kinase 3: A kinase for all pathways? // Curr. Top. Dev. Biol. 2017. V. 123. P. 277–302. doi:10.1016/bs.ctdb.2016.11.011Golpich M., Amini E., Hemmati F. et al. Glycogen synthase kinase-3 beta (GSK-3β) signaling: Implications for Parkinson’s disease // Pharmacol. Res. 2015. V. 97. P. 16–26. doi:10.1016/j.phrs.2015.03.010Duda P., Wiśniewski J., Wójtowicz T. et al. Targeting GSK3 signaling as a potential therapy of neurodegenerative diseases and aging // Expert. Opin. Ther. Targets. 2018. V. 22. № 10. P. 833–848. doi:10.1080/14728222.2018.1526925Ilouz R., Kowalsman N., Eisenstein M. et al. Identification of novel glycogen synthase kinase-3beta substrate-interacting residues suggests a common mechanism for substrate recognition // J. Biol. Chem. 2006. V. 281. № 41. P. 30621–30630. doi:10.1074/jbc.M604633200García-Yagüe Á.J., Lastres-Becker I., Stefanis L. et al. α-Synuclein induces the GSK-3-mediated phosphorylation and degradation of NURR1 and loss of dopaminergic hallmarks // Mol. Neurobiol. 2021. V. 58. № 12. P. 6697–6711. doi:10.1007/s12035-021-02558-9Bourouis M. Targeted increase in shaggy activity levels blocks wingless signaling // Genesis. 2002. V. 34. № 1–2. P. 99–102. doi:10.1002/gene.10114Xie T., Ho M.C.W., Liu Q. et al. A genetic toolkit for dissecting dopamine circuit function in Drosophila // Cell. Rep. 2018. V. 23. № 2. P. 652–665. doi:10.1016/j.celrep.2018.03.068Brand A.H., Perrimon N. Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes // Development. 1993. V. 118. № 2. P. 401–415. doi:10.1242/dev.118.2.401Luan H., Diao F., Scott R.L. et al. The Drosophila split Gal4 system for neural circuit mapping // Front. Neural. Circuits. 2020. V. 14. doi:10.3389/fncir.2020.603397Liu Q., Liu S., Kodama L. et al. Two dopaminergic neurons signal to the dorsal fan-shaped body to promote wakefulness in Drosophila // Curr. Biol. 2012. V. 22. № 22. P. 2114–2123. doi:10.1016/j.cub.2012.09.008Carey J.R. Longevity: The biology and demography of life span. Princeton, NT: Princeton Univ. Press, 2003. 304 p.Busto G.U., Cervantes-Sandoval I., Davis R.L. Olfactory learning in Drosophila // Physiology (Bethesda). 2010. V. 25. № 66. P. 338–346. doi:10.1152/physiol.00026.2010Kuo S.-Y., Wu C.-L., Hsieh M.-Y. et al. PPL2ab neurons restore sexual responses in aged Drosophila males through dopamine // Nat. Commun. 2015. V. 6. № 1. P. 7490. doi:10.1038/ncomms8490.Landayan D., Feldman D.S., Wolf F.W. Satiation state-dependent dopaminergic control of foraging in Drosophila // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 5777. doi:10.1038/s41598-018-24217-1.Alekseyenko O.V., Chan Y.-B., Li R., Kravitz E.A. Single dopaminergic neurons that modulate aggression in Drosophila // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2013. V. 110. № 15. P. 6151–6156. doi:10.1073/pnas.1303446110Aso Y., Herb A., Ogueta M. et al. Three dopamine pathways induce aversive odor memories with different stability // PLoS Genet. 2012. V. 8. № 7. doi: 10.1371/journal.pgen.1002768Liang X., Holy T.E., Taghert P.H. Polyphasic circadian neural circuits drive differential activities in multiple downstream rhythmic centers // Curr. Biol. 2023. V. 33. № 2. P. 351–363.e3. doi: 10.1016/j.cub.2022.12.025Rezával C., Nojima T., Neville M.C. et al. Sexually dimorphic octopaminergic neurons modulate female postmating behaviors in Drosophila // Curr. Biol. 2014. V. 24. № 7. P. 725–730. doi: 10.1016/j.cub.2013.12.051.