Intracellulaire transductiewegen en expressiepatronen van short en long neuropeptide F signaalsystemen bij Glossina morsitans

Neuropeptide F en short neuropeptide F signaalsystemen als nieuwe en milieuvriendelijke insecticide-doelwitten bij tseetseevliegen.

Tseetseevliegen (Fig. 1) hebben een groot medisch en economisch belang als overdragers van parasieten die ziekten veroorzaken bij zowel de mens (slaapziekte) als bij dieren (nagana). Deze ziekten worden dan ook vooral onder controle gehouden door het bestrijden van tseetseevliegen. Verschillende bestrijdingsmiddelen bestaan, maar houden voornamelijk schadelijke en milieuvervuilende chemische insecticiden in. Huidig onderzoek focust zich daarom op het zoeken van doelwitten voor de ontwikkeling van nieuwe insect-specifieke en niet-toxisch insecticiden. Neuropeptiden zijn interessante doelwitten voor dergelijke insecticiden, aangezien deze signaalmoleculen nagenoeg al de lichamelijke en gedragsprocessen reguleren tijdens de ontwikkeling en reproductie. Twee dergelijke neuropeptide-systemen werden in deze thesis onderzocht.

Tseetseevliegen als overbrengers van humane en dierlijke Afrikaanse trypanosomiase

Tseetseevliegen fungeren als overbrengers van trypanosomen, eencellige parasieten die tot het geslacht Trypanosoma behoren. Bij mensen veroorzaken deze parasieten humane Afrikaanse trypanosomiase, beter bekend als slaapziekte. Bij dieren veroorzaken ze dierlijke Afrikaanse trypanosomiase. Deze ziekten beperken zich tot sub-Saharisch Afrika, het leefgebied is van de tseetseevliegen (Fig. 2). Slaapziekte vormt hier dan ook een bedreiging voor miljoenen mensen. In een eerste stadium wordt slaapziekte gekenmerkt door o.a. koorts, hoofdpijn, jeuk en gezwollen lymfeklieren. In een tweede stadium worden slaap- en psychische stoornissen veroorzaakt. Zonder behandeling volgt onvermijdelijk de dood. De huidige behandelingsmethoden voor slaapziekte zijn echter sterk verouderd en veroorzaken toxische bijwerkingen die letaal kunnen zijn.

Dierlijke Afrikaanse trypanosomiase staat in de volksmond beter gekend als nagana, wat in het Zoeloes “depressief zijn” betekent. Nagana draagt sterk bij tot de armoede in landelijk Afrika, voornamelijk doordat zieke koeien weinig vlees en melk produceren. Er werd dan ook geschat dat de kost van nagana 4,5 miljard dollar bedraagt.

Ondanks verschillende inspanningen om slaapziekte en nagana onder controle te houden, zoals screening en preventieve behandeling, zal een volledige controle van deze ziekten afhangen van het vermijden van contact tussen tseetseevliegen en mensen en dieren. Daarom worden reeds verschillende methoden gebruikt voor het bestrijden van tseetseevliegen, waarbij de voornaamste manier tot op heden het gebruik van schadelijke chemische insecticiden is. Een ongecontroleerde toepassing van deze insecticiden heeft geleid tot vervuiling van de omgeving met toxische producten, schadelijk voor zowel mensen en andere organismen, met als gevolg een verstoring van de ecologische balans. Wereldwijd onderzoek focust zich daarom op de zoektocht naar doelwitten en componenten die kunnen dienen voor de ontwikkeling van nieuwe generaties van niet-toxische en insect-specifieke bestrijdingsmiddelen ter vervanging van de schadelijke chemicaliën.

Neuropeptiden als mogelijke doelwitten voor insecticiden

Insect neuropeptiden en hun receptoren vormen een belangrijk doelwit voor de ontwikkeling van dergelijke nieuwe insecticiden aangezien deze moleculen nagenoeg al de lichamelijke en gedragsprocessen reguleren tijdens de ontwikkeling en reproductie. Neuropeptiden worden namelijk door zenuwcellen gebruikt om met elkaar te communiceren. Een neuropeptide reist van één zenuwcel naar een andere zenuwcel, waar het zal binden aan een receptor. Deze receptor is een eiwit dat zich bevindt in de membraan van de zenuwcel. Bij binding aan het neuropeptide zal de receptor een signaalcascade in gang zal zetten om een boodschap door te geven aan het binnenste van de cel. Dit zal resulteren in een bepaalde reactie van deze cel. Indien men de normale werking van deze neuropeptide signaalsystemen kan verhinderen of extra stimuleren, kan dit leiden tot nefaste effecten op de groei, ontwikkeling en het gedrag van insecten. Op deze manier kunnen deze componenten bijgevolg fungeren als insecticiden.

Neuropeptide F (NPF) en short neuropeptide F (sNPF)

In deze thesis werden twee mogelijke neuropeptide-systemen nader bestudeerd om na te gaan of deze systemen mogelijke doelwitten kunnen zijn voor de ontwikkeling van insecticiden voor tseetseevliegen. Deze twee signaalsystemen waren het neuropeptide F (NPF)- en short neuropeptide F (sNPF)-signaalsysteem. Twee doelstellingen werden aan het begin van deze thesis vooropgesteld. In een eerste stap wilden we bepalen welk signaalmolecule deze neuropeptiden gebruiken om te communiceren met het binnenste van de cel. Vervolgens wilden we weten waar deze neuropeptiden en hun receptoren tot expressie komen in de tseetseevlieg. De plaats waar deze neuropeptiden tot expressie komen geeft ons namelijk meer inzicht in bij welke processen deze neuropeptiden betrokken zijn en of ze bijgevolg goede doelwitten kunnen vormen.

Een mogelijke signaalweg die we onderzocht hebben verloopt via het signaalmolecule calcium. Wanneer de signaalweg via calcium verloopt, wordt calcium geproduceerd wanneer het neuropeptide bindt aan de receptor. Deze calcium kan gevisualiseerd worden door toevoeging van een bepaald molecule aan de cellen, dat een fluorescent signaal vrijgeeft wanneer het kan binden aan calcium. Dit fluorescent signaal kan bijgevolg gemeten worden. Via deze experimenten konden we aantonen dat de signaalweg voor beide systemen inderdaad via calcium verloopt.

In een tweede stap zijn we nagegaan in welke weefsels en ontwikkelingsstadia de neuropeptiden en hun receptoren tot expressie komen. Proteïnen worden namelijk gecodeerd door genen, bestaande uit DNA. Dit DNA wordt in bepaalde weefsels gekopieerd in de vorm van RNA, en dit RNA wordt gebruikt om proteïnen samen te stellen. Dit RNA wordt echter niet per sé in alle cellen/weefsels aangemaakt, maar kan ook in slechts een bepaalde selectie worden afgeschreven. Door de expressie van het RNA na te gaan, kunnen we bijgevolg een indicatie krijgen van waar de neuropeptiden tot expressie komen. We vonden dat de NPF en sNPF peptiden tot expressie komen in het centrale zenuwstelsel, cellen in de darm en in de buisjes van Malpighi, het equivalent van nieren bij insecten. Deze expressiepatronen stemmen overeen met de expressie van NPF en sNPF bij andere insecten, waar deze peptiden een rol spelen bij voeding en vertering.

NPF en sNPF blijken inderdaad mogelijke doelwitten te  zijn voor de ontwikkeling van nieuwe insecticiden, aangezien deze peptiden mogelijks een rol spelen bij voeding en vertering. Verdere experimenten zijn echter nodig om na te gaan of dit inderdaad het geval is. De peptiden kunnen geïnjecteerd worden in tseetseevliegen, of de peptiden of receptoren kunnen uitgeschakeld worden, waarna het effect op voedingsgedrag bekeken kan worden. Wanneer deze neuropeptiden inderdaad bij voeding en vertering betrokken zijn, maakt dit van hen interessante systemen om te verstoren en hierdoor een insecticide te maken.