Élőhely-szegélyek fészekaljpredációra gyakorolt hatásának vizsgálata a Hevesi-sík Érzékeny Természeti Területen

Az intenzív mezőgazdasági művelés egyik következményeként a tájszerkezet átalakul, az élőhelyek feldarabolódnak. A zavarástól mentes területek beszűkülnek, és a fragmentáció eredményeként egyre több élőhely-szegély alakul ki, amelyek nagymértékben növelik a fészekaljpredációt. Vizsgálatunkat 2008 májusában végeztük a Hevesi-sík Érzékeny Természeti Területen (ÉTT), azzal a céllal, hogy összehasonlítsuk eltérő mezőgazdasági kultúrákban elhelyezett műfészkek predációját, valamint vizsgáljuk a szegélytől való távolság hatását a fészekaljpredációra. A kultúra típusán és a szegélytől való távolságon kívül a növényzet magasságának és borításának esetleges hatásait is vizsgáltuk. A 180 kihelyezett fészekből 82 volt predált. Általánosított lineáris kevert (binomiális) modellek alapján a szegélyben elhelyezett fészkek predációja (67% pusztult el) szignifikánsan nagyobb volt, mint a területek belsejében, 100 méterre a szegélytől (28%). A legnagyobb mértékű predáció a búzában volt, míg legkisebb az ugaron. A növényzet átlagborítása és átlagmagassága egyaránt szignifikánsan nagyobb volt az épen maradt fészkeknél. Az eredmények arra utalnak, hogy mind a táj-, mind a vegetációszerkezetnek hatása van a fészekaljpredációra mezőgazdasági területeken is

Broad Ultrastructural and Transcriptomic Changes Underlie the Multinucleated Giant Hemocyte Mediated Innate Immune Response against Parasitoids

Multinucleated giant hemocytes (MGHs) represent a novel type of blood cell in insects that participate in a highly efficient immune response against parasitoid wasps involving isolation and killing of the parasite. Previously, we showed that circulating MGHs have high motility and the interaction with the parasitoid rapidly triggers encapsulation. However, structural and molecular mechanisms behind these processes remained elusive. Here, we used detailed ultrastructural analysis and live cell imaging of MGHs to study encapsulation in Drosophila ananassae after parasitoid wasp infection. We found dynamic structural changes, mainly driven by the formation of diverse vesicular systems and newly developed complex intracytoplasmic membrane structures, and abundant generation of giant cell exosomes in MGHs. In addition, we used RNA sequencing to study the transcriptomic profile of MGHs and activated plasmatocytes 72 h after infection, as well as the uninduced blood cells. This revealed that differentiation of MGHs was accompanied by broad changes in gene expression. Consistent with the observed structural changes, transcripts related to vesicular function, cytoskeletal organization, and adhesion were enriched in MGHs. In addition, several orphan genes encoding for hemolysin-like proteins, pore-forming toxins of prokaryotic origin, were expressed at high level, which may be important for parasitoid elimination. Our results reveal coordinated molecular and structural changes in the course of MGH differentiation and parasitoid encapsulation, providing a mechanistic model for a powerful innate immune response

Multinucleated Giant Hemocytes Are Effector Cells in Cell-Mediated Immune Responses of Drosophila

We identified and characterized a so far unrecognized cell type, dubbed the multinucleated giant hemocyte (MGH), in the ananassae subgroup of Drosophilidae. Here, we describe the functional and ultrastructural characteristics of this novel blood cell type as well as its characterization with a set of discriminative immunological markers. MGHs are encapsulating cells that isolate and kill the parasite without melanization. They share some properties with but differ considerably from lamellocytes, the encapsulating cells of Drosophila melanogaster, the broadly used model organism in studies of innate immunity. MGHs are nonproliferative effector cells that are derived from phagocytic cells of the sessile tissue and the circulation, but do not exhibit phagocytic activity. In contrast to lamellocytes, MGHs are gigantic cells with filamentous projections and contain many nuclei, which are the result of the fusion of several cells. Although the structure of lamellocytes and MGHs differ remarkably, their function in the elimination of parasites is similar, which is potentially the result of the convergent evolution of interactions between hosts and parasites in different geographic regions. MGHs are highly motile and share several features with mammalian multinucleated giant cells, a syncytium of macrophages formed during granulomatous inflammation. © 2015 S. Karger AG, Base

Konvergens evolúció a veleszületett immunitásban: a sokmagvú óriássejtek

Laboratóriumunkban egy új vérsejttípust, gerinces szervezetek makrofágokból differenciálódó óriássejtjeihez hasonló immunsejtet, a fagocitasejtekből differenciálódó sokmagvú óriás vérsejtet azonosítottuk olyan Drosophila fajokban, amelyek sokkal hatékonyabban képesek védekezni a parazitoidokkal szemben, mint a legtöbb Drosophila faj, beleértve a lamellocitákkal védekező, általános modellszervezetként alkalmazott D. melanogastert. Az óriás vérsejt morfológiai jellemzői a rendkívül gyors sejttömeg növekedés és alakváltoztatás, valamint a kiemelkedően aktív sejtmozgás, melyek kapcsolatban lehetnek a hatékony védekezéssel. Ezeknek a folyamatoknak a biológiai hátterét egysejtes összehasonlító transzkriptom analízissel és ezzel párhuzamosan, immuno-elektronmikroszkópos módszerrel vizsgáltuk. Transzkriptom adatainkból kiderült, hogy a fagocitózisért felelős plazmatocitákkal szemben az óriás vérsejtekben nagyobb számban íródnak át inzulin receptorok, melyek a megnövekedett mennyiségű tápanyagszükségletet biztosíthatják. Elektronmikroszkópos vizsgálataink során viszonylag kevés mitokondrium jelenlétét tapasztaltuk a sejtek citoplazmájában, így energiaszükségletük valószínűleg az oxidatív foszforiláció helyett, a rákos sejtekhez hasonlóan, aerob glikolízissel biztosított. A sokmagvú óriás vérsejtek struktúrája egyedi, szivacsos szerkezetet mutat, komplex membránrendszerrel és nagy mennyiségű vezikulával. A transzkriptom elemzés során kapott nagyszámú vezikulatranszporttal kapcsolatos gén azt sugallja, hogy a vezikuláknak fontos szerepük lehet a sejt működésében. Lysotrackerrel végzett vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a vezikulák savas természetűek és a reakció idődinamikája alapvetően különbözik a plazmatociták vezikulái által adott reakciótól. Továbbá az óriás vérsejtek plazmamembránjának felületéről nagyszámú mikrovezikula válik le, melyeknek fontos szerepe lehet a parazitoid darazsak elleni védekezésben. A munka az NKFI K128762 (GC), NKFI NN118207 (IA), NKFI K120142 (IA), GINOP-2.3.2-15-2016-00035 (KÉ) kutatási pályázatok, a BO/00552/20/8 Bolyai János Kutatási Ösztöndíj (GC), valamint a Biológiai Doktori Iskola, Természettudományi és Informatikai Kar, Szegedi Tudományegyetem (MLB) támogatásával készült

A sokmagvú óriás vérsejtek ultraszerkezetének vizsgálata és transzkriptom analízise.

Előző adataink alapján (Márkus ás mtsai., 2015; Cinege és mtsai., 2019) ismeretes, hogy egyes Drosophila fajokban a sejt közvetítette immunválasz során sokmagvú óriás vérsejtek differenciálódnak, melyek résztvesznek a nagyméretű idegen anyagok ellen kialakuló immunválaszban. Ezek a fajok (pl. D. ananassae és Zaprionus indianus) hatékonyabban védekeznek a parazitoid darazsakkal szemben, mint a D. melanogaster, mely lamellociták segítségével határolja el a testidegen anyagokat. Megvizsgáltuk ezen két faj vérsejtjeinek ultraszerkezetét, valamint elvégeztük a vérsejtek összahasonlító egysejtes transzkriptom analízisét. A vérsejtek ultraszerkezetét immuno-elektronmikroszkópos módszerrel vizsgáltuk. Egysejtes transzkriptom analízist végeztünk Drosophila plazmatocitákon és sokmagvú óriás vérsejteken, majd az izolált sejtekben átíródott géneket bioinformatikai módszerekkel (Gene Ontology Enrichment Analysis, Cytoscape software-interakciós hálozat vizsgálatok) analizáltuk. Eredményeink során megfigyeltük, hogy a sokmagvú óriás vérsejtek sajátos, vezikulákban gazdag ultraszerkezettel rendelkeznek. A vezikulák, a sejtek parazitához viszonyított polarizációjára jellemzően helyezkednek el. Alapvetően kétfajta vezikulát, egy apikálisan elhelyezkedő kevéssé elektrondenz és egy bazálisan lokalizált, erősen elekrondenz vezikulatípust észleltünk. A kevéssé elektrondenz vezikulák a differenciálódás során megnövekednek, és tartalmukat a környezetükbe űrítik. A sokmagvú óriás vérsejtek felszinén nagymennyiségű mikorvezikula lefüződését tapasztaltuk. A bazálisan elhelyezkedő elektrondenz vezikulák a parazitoid darázs felszinén vékony elektrondenz réteget alkotnak. A transzkriptom analizis során 740 olyan gént azonosítottunk, mely expressziója szignifikánsan magasabb a sokmagvú óriás vérsejekben mint az aktivált plazmatocitákban. Ezek között számos olyan gén található, melyeknek aktív állapota az óriássejtek egyedi morfológiai és funkcionális tulajdonságait eredményezheti. Támogatás: NKFI K128762 (GC), NKFI NN118207 (IA), NKFI K120142 (IA), GINOP-2.3.2-15-2016-00035 (KÉ), BO/00552/20/8 Bolyai János Kutatási Ösztöndíj (GC), valamint a Biológiai Doktori Iskola, Természettudományi és Informatikai Kar, Szegedi Tudományegyetem (MLB)

Broad Ultrastructural and Transcriptomic Changes Underlie the Multinucleated Giant Hemocyte Mediated Innate Immune Response against Parasitoids

Multinucleated giant hemocytes (MGHs) represent a novel type of blood cell in insects that participate in a highly efficient immune response against parasitoid wasps involving isolation and killing of the parasite. Previously, we showed that circulating MGHs have high motility and the interaction with the parasitoid rapidly triggers encapsulation. However, structural and molecular mechanisms behind these processes remained elusive. Here, we used detailed ultrastructural analysis and live cell imaging of MGHs to study encapsulation in Drosophila ananassae after parasitoid wasp infection. We found dynamic structural changes, mainly driven by the formation of diverse vesicular systems and newly developed complex intracytoplasmic membrane structures, and abundant generation of giant cell exosomes in MGHs. In addition, we used RNA sequencing to study the transcriptomic profile of MGHs and activated plasmatocytes 72 h after infection, as well as the uninduced blood cells. This revealed that differentiation of MGHs was accompanied by broad changes in gene expression. Consistent with the observed structural changes, transcripts related to vesicular function, cytoskeletal organization, and adhesion were enriched in MGHs. In addition, several orphan genes encoding for hemolysin-like proteins, pore-forming toxins of prokaryotic origin, were expressed at high level, which may be important for parasitoid elimination. Our results reveal coordinated molecular and structural changes in the course of MGH differentiation and parasitoid encapsulation, providing a mechanistic model for a powerful innate immune response