Mapping of the distribution of octopamine beta receptor subtype 2 in honeybee (Apis mellifera) brain

Abstract

In invertebrates, hemolymph substitutes the role of blood in vertebrates. The fluctuating sugar levels in the hemolymph provides a crosstalk between the neurotransmitters in the brain and the need and the behavior of honeybees. Trehalose, the major sugar content of the honeybee hemolymph plays an important role in appetite regulation of the honeybees. Increase in trehalose levels in the hemolymph decreases the octopamine levels in the brain. In this thesis, we investigated the relationships between 4 major neurotransmitters (octopamine, tyramine, dopamine, and serotonin) and different sugar levels in the hemolymph with high performance liquid chromatography techniques. According to our findings, the most significant changes in biogenic amines and the appetite occur in the oldest honeybee age class, which is foragers. Increased sorbose levels in foragers lowers the trehalose in hemolymph. Thus, octopamine levels increase accordingly. In addition to HPLC findings, we supported our data with qPCR analysis of insulin-like proteins, and we did not observe any significant changes of ILP expression. We concluded that, trehalose and sorbose levels regulate the honeybee appetite and the mechanism is independent of glucose-insulin pathway.In second part of the thesis, we optimized the immunohistochemistry methods to investigate how the octopamine beta receptor subtype-2 is distributed in the honeybee brain. Even though we could not complete this experiment yet, we optimized most of the steps for future experiments. The final map is going to be used as injection sites for CRISPR-Cas9 octopamine beta receptor knockouts. Additionally, the distribution of the receptor will shred a light to how it affects the honeybee behaviors.

Omurgalı canlılarda kanın yaptığı görevi omurgasızlarda hemolenf sıvısı üstlenmektedir. Hemolenfte bulunan değişken şeker seviyeleri canlı vücudundaki ihtiyaçlar ve davranışlar ile beyinde bulunan nörotransmiterler arasındaki iletişi sağlamaktadır. Trehaloz, hemolenfte en fazla miktarda bulunan şeker türüdür ve bal arısı iştahının düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Hemolenfteki trehaloz seviyelerinin artışı, beyindeki oktopamin seviyesinde azalmaya sebep olmaktadır. Bu tezde, yüksek performanslı sıvı kromatografisi tekniği ile beyinde bulunan 4 büyük nörotransmiterin (oktopamin, tiramin, dopamine ve serotonin) miktarı ile hemolenfteki şeker seviyeleri arasındaki ilişkiyi inceledik. Bulgularımıza göre, biyojenik aminler ile iştah arasındaki ilişkiye dair en kayda değer değişimler en yaşlı arılar olan tarlacı arılarda gerçekleşmektedir. Tarlacı arı hemolenfindeki sorboz seviyesinin artması trehaloz seviyesinin azalmasına, dolayısıyla da oktopamin seviyesinde artışa sebep olmuştur. HPLC sonuçlarını desteklemek amacıyla gerçekşeştirdiğimiz qPCR analizi ile insulin-benzeri proteinlerin ekspresyonunda herhangi bir kayda değer değişiklik olmadığı gördük. Sonuç olarak, hemolenfteki sorboz ve trehaloz seviyelerinin arı iştah mekanizmasını etkilediğini ve bu etkinin glükoz-insülin sinyal yolağından bağımsız olduğu kanısına vardık.Tezin ikimci kısmında oktopamin beta reseptörü alttür 2'nin arı beyninde dağılımını haritalandırmak amacıyla immünohistokimya deneyinin aşamalarını optimize ettik. Henüz bu deneyi tamamlayamamamıza ragmen, pek çok aşamanın optimizasyonunu tamamladık. Elde edilen son harita gelecek aşamalarda bu reseptörün knockdown'u CRISPR-Cas9 enjeksiyonu için hedef bölgeleri gösterecektir. Ayrıca reseptörün dağılımı, bu reseptörün arı davranışlarına olan etkisi konusuna ışık tutacaktır.