Fountain of youth: uncovering the role of insulin-signaling in the evolution of lifespan  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
113108
Type K
Principal investigator Lendvai, Ádám Zoltán
Title in Hungarian A fiatalság forrása: az inzulin jelút szerepének feltárása az élethossz evolúciójában
Title in English Fountain of youth: uncovering the role of insulin-signaling in the evolution of lifespan
Keywords in Hungarian inzulin, élethossz, életmenet, csereviszony
Keywords in English insulin, lifespan, life-history, trade-off
Discipline
Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences)50 %
Ortelius classification: Animal ecology
Phylogenetics, systematics, taxonomy, comparative biology, ecophysiology (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Animal behaviour, behavioural ecology (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Ortelius classification: Animal physiology
Panel Agriculture, Environment, Ecology, Earth Sciences committee chairs
Department or equivalent Department of Evolutionary Zoology and Human Biology (University of Debrecen)
Participants Jerkovich, Gergely
Mahr, Katharina
Molnár, Imre
Németh, József
Tökölyi, Jácint
Tóth, Zsófia
Vágási, István Csongor
Starting date 2015-01-01
Closing date 2019-12-31
Funding (in million HUF) 34.695
FTE (full time equivalent) 11.53
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A molekuláris biológia új eredményei rávilágítottak, hogy egy evolúciósan megőrzött hormonális jelút, az inzulin/inzulin-szerű növekedési faktor jelút fontos szerepet játszhat az élethossz valamint a szaporodás és a túlélés közötti csereviszony evolúciójában. Nagyon keveset tudunk ugyanakkor ezen mechanizmusok szabadon élő állatokban játszott szerepéről, és szinte semmit sem tudunk a madarakban betöltött funkciójukról. Ebben a projektben ez utóbbi kérdést fogjuk vizsgálni megfigyeléses, kísérletes és filogenetikai komparatív megközelítési módok kombinációjával, melyek magukban foglalják (1) egyedek közötti és longitudinális mintavételt egy fajon belül (2) a fajok közötti variancia vizsgálatát filogenetikai komparatív módszerekkel, és (3) matematikai modellezést amivel a kérdéskör elméleti aspektusait vizsgáljuk és tesztelhető predikciókat generálunk. A projekt várhatóan új, élvonalbeli eredményeket hoz majd, amik befolyásolják az életmenetek változatosságát befolyásoló élettani folyamatok evolúciójáról alkotott elképzeléseinket.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Ebben a kutatási programban egy olyan ökológiai/evolúciós kutatási programhoz keresünk támogatást, amely az inzulin jelút szerepéről szerzett ismereteinket kívánja bővíteni vadon élő állatok tanulmányozásával. A project az alábbi kérdésekre keresi a választ:

1. Összefüggésben áll-e az inzulin jelút a növekedéssel, szaporodással és túléléssel vadon élő madaraknál?
2. Összefügg-e az inzulin jelút az élethosszban található fajok közötti változatossággal?
3. Hogyan befolyásolja az inzulin jelút az élőlények optimális válaszát az változó környezeti feltételekre?

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Meggyőződésünk, hogy projektünk jelentős eredményeket hozhat mind elméleti mind pedig alkalmazott vonatkozásban. Elméleti oldalról nézve, új ismereteket fogunk szerezni az inzulin jelútnak az életmenet csereviszonyok szabályozásában betöltött szerepéről természetes környezetben. Vizsgálataink segíthetnek megérteni azokat a proximális folyamatokat, amelyek az élőlények és a környezetük közötti kölcsönhatást szabályozzák, valamint azt, hogy milyen szerepet játszanak ezen élettani folyamatok a biodiverzitás kialakulásában. Másfelől, vizsgálataink új kutatási irányt nyithatnak az emberi metabolikus és inzulin zavaros tünetegyüttesek vizsgálatában. Itt, a világon első alkalommal fogjuk vizsgálni a szénhidrát anyagcserét befolyásoló hormonális folyamatokat olyan vadon élő állatokban, amelyek nagyon magas glükóz szintet tartanak fenn, mégis hosszabb ideig élnek, mint a hasonló testméretű emlősök. Kutatásunk tehát felhívhatja a figyelmet a cukorbetegség vizsgálatának egy eddig elhanyagolt vizsgálati rendszerére.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az élethossz evolúciója egy rendkívüli jelentős témakör a mindennapi életünkben és az evolúciós elméletben egyaránt. A molekuláris biológia új eredményei feltárták, hogy az inzulin jelút (egy hormonális jelátviteli pálya, ami szinte az összes állatban azonos formában található meg) fontos szerepet játszhat annak meghatározásában, hogy mennyi ideig élünk és, hogy a szaporodás hogyan befolyásolja az élethosszt. Mégis, ez a tudás szinte kizárólag mesterségesen szelektált muslicák, fonálférgek és egerek laboratóriumi vizsgálatain alapszik. Ebben a projektben azt fogjuk vizsgálni természetes és közel természetes körülmények között, hogy az inzulin jelút hogyan befolyásolja a szaporodást, a növekedést és az élethosszt vadon élő állatokban. Különböző tudományos megközelítési módokat használunk (megfigyeléses, kísérletes és összehasonlító vizsgálatok), annak érdekében, hogy a fenti kérdést megválaszoljuk. Továbbá, elméleti ismereteinket is bővíteni kívánjuk azáltal, hogy egy matematikai modellt fejlesztünk, amelyben azt vizsgáljuk, hogy a környezeti feltételekben beállt hirtelen változás hogyan befolyásolja az optimális energiaelosztást a szaporodás és az önfenntartás (élethossz) között. Összességében, ez a kutatási program reményeink szerint hozzájárul annak megértéséhez, hogy az inzulin jelút milyen szerept tölt be azokban az evolúciós folyamatokban amelyek egyfelől betegségekhez (cukorbetegség) másfelől viszont az állatok elképesztően változatos szaporodási stratégiáinak kialakulásához vezetnek.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Recent advances in molecular biology have revealed that an evolutionarily conserved hormonal signaling pathway, the insulin/insulin-like growth factor pathway may play an important role in the regulation of lifespan and the trade-off between reproduction and survival. However, much less is known about the role of these mechanisms in free-living organisms, and almost nothing is known about their role in life-history regulation in birds. In this project we will investigate the latter question using a combination of observational, experimental and phylogenetic comparative approaches: including (1) cross-sectional and longitudinal sampling within species (2) investigating interspecific variation using phylogenetic comparative analyses and (3) mathematical modeling to address theoretical aspects of our study and generate testable predictions. This project is expected to produce new, significant scientific results that may affect our understanding the evolution of proximate mechanisms driving the diversity of life histories

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
In this proposal we seek support for an ecological/evolutionary research program that will extend our current knowledge of insulin signaling in wild animals by addressing the following main questions:
1. Is insulin signaling related to growth, reproduction and survival in free-living organisms?
2. Is insulin signaling related to interspecific variation in lifespan?
3. How does insulin signaling mediate the optimal response to changing environmental conditions?

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
We believe that our project is significant from both a theoretical and from an applied perspective. As far as theory is concerned, we will provide new information about the role of insulin signaling in the mediation of life-history trade-offs in natural environments. Our studies may advance our understanding on the proximate mechanisms that underlie the interaction between the organism and its environment and the role these mechanisms may play in the evolution of biodiversity. On the other hand, our results may open a new avenue in research about insulin and metabolic disorders in humans. Here, for the first time, we will study hormonal mechanisms affecting carbohydrate metabolism in free-living organisms that circulate very high levels of glucose yet live longer than comparable sized mammals. Our results therefore may draw attention to an overlooked model system for diabetes research.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The evolution of lifespan is a topic of paramount importance in our life and in evolutionary theory as well. Recent advances in molecular biology have revealed that insulin signaling (a hormonal pathway that is conserved across almost all animals) seems to play a major role in how long we can live and how reproduction affects longevity. However, this knowledge is almost exclusively based on laboratory studies of artificially selected breeding lines of fruit flies, worms and mice. In this project we will investigate in natural and semi-natural conditions whether and how insulin signaling affects growth, reproduction and longevity in free-living organisms. We will use different scientific approaches (observational, experimental and comparative) to address these questions and we will also advance theory by formulating a mathematical model that will show how sudden changes in environmental conditions affect the optimal energy allocation into reproduction and self-maintenance (longevity). Taken together, the project may help us understand the role that insulin signaling plays in evolutionary processes that may lead to pathology (diabetes) on one hand and to the spectacular diversity of reproductive strategies in animals on the other hand.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Ebben a projektben arra vállalkoztunk, hogy vizsgáljuk az élethossz evolúciójában szerepet játszó fiziológiai mechanizmusokat. Különösképpen azon neuroendokrin folyamatoknak a hatására voltunk kíváncsiak, amelyek a forrásallokációt és ezáltal a túlélés és a szaporodás közötti csereviszonyt befolyásolhatják. Vizsgáltuk, hogy a pleiotropikus hatású inzulin-szerű növekedési faktor 1 (IGF-1) és a glükokortikoid hormon, a kortikoszteron milyen hatással van a növekedésre, a szaporodási döntésekre és a mortalitásra madarak természetes populációiban. Azt találtuk, hogy a stresszre adott hormonális válasz (ami az önfenntartás és a reprodukció közötti forrásallokáció mértékét jelezheti) változik az egyedek korával és energetikai állapotával. Továbbá azt találtuk, hogy az IGF-1 érzékeny a stresszre, és ez a válasz független a glükokortikoid stresszválasztól. Kimutattuk, hogy az IGF-1 rövidtávú növelése oxidatív stresszhez vezet, de nem befolyásolja a túlélést. Kimutattuk, hogy az IGF-1 szabályozza a növekedést és befolyásolhatja az öregedést, bár ezen hatások függenek az adott évtől és a vizsgált fajtól. Összességében a kutatásunk egy új immunoesszé kifejlesztését, 22 publikációt, valamint további 4 konferencia közleményt eredményezett. Elkészítettünk továbbá 12 kéziratot, amelyeket már közlésre benyújtottunk vagy hamarosan benyújtunk. A projekt során gyűjtött számos egyéb adat feldolgozása jelenleg is tart, és így azt várjuk, hogy ezek további publikációkat eredményeznek majd.
Results in English
In this project, we set out to investigate the physiological mechanisms related to the evolution of lifespan. We were particularly interested in the neuroendocrine mechanisms that affect resource allocation and thus the trade-off between reproduction and survival. We investigated how the pleiotropic peptide hormone, insulin-like growth 1 (IGF-1) and the glucocorticoid hormone, corticosterone affect growth, reproductive decisions and mortality in natural bird populations. We found that the hormonal response to stress (a trait that is thought to reflect allocation between self-maintenance and reproduction) varies with age and according to the energetic status of the individuals. We also found that IGF-1 also reacts to stress, and this response is independent from the glucocorticoid stress response. We showed that short-term increases in IGF-1 levels may induce oxidative stress, but are unlikely to affect survival on the long run. We demonstrated that IGF-1 levels regulate growth and may affect ageing. However, these responses may depend on the year and the study species. Altogether, this research project resulted in the development of a new immunoassay, and in the publication of 22 research papers and 4 additional conference abstracts. We also prepared 12 manuscripts that have been either submitted or will be submitted in the following months. Other data collected during the project is still being analyzed and therefore are expected to lead to new publications.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=113108
Decision
Yes





 

List of publications

  
Mahr K, Vincze O, Tóth Z, Hoi H, Lendvai ÁZ: Insulin-like growth factor 1 is related to the expression of plumage traits in a paserine species, Behavioral Ecology and Sociobiology, in press, 2020
Angelier F, Chastel O, Lendvai AZ, Parenteau C, Weimerskirch H, Wingfield JC.: When do older birds better resist stress? A study of the corticosterone stress response in snow petrels., Biology Letters, 2020
Montreuil-Spencer C, Schoenemann K, Lendvai ÁZ, Bonier F: Winter corticosterone and body condition predict breeding investment in a nonmigratory bird., Behavioral Ecology, 2019
Szöllősi E, Tóth Z, Mahr K, Hoi H, Lendvai ÁZ: Extremely low malaria prevalence in a wetland specialist passerine, Parasitology, 2019
Cox Amelia R, Robertson Raleigh J, Lendvai Ádám Z, Everitt Kennedy, Bonier Frances: Rainy springs linked to poor nestling growth in a declining avian aerial insectivore (Tachycineta bicolor)., PROCEEDINGS OF THE ROYAL SOCIETY B-BIOLOGICAL SCIENCES 286: (1898) p. 20190018., 2019
Ádám Z Lendvai, Mathieu Giraudeau, Veronika Bókony, Frédéric Angelier, Olivier Chastel: Within-individual plasticity explains age-related decrease in stress response in a short-lived bird, BIOL LETT-UK 11: (7), 2015
Lendvai Adam Z, Akcay Caglar, Ouyang Jenny Q, Dakin Roslyn, Domalik Alice D, St John Prianka S, Stanback Mark, Moore Ignacio T, Bonier Frances: Analysis of the Optimal Duration of Behavioral Observations Based on an Automated Continuous Monitoring System in Tree Swallows (T. bicolor): Is One Hour Good Enough?, PLOS ONE 10: (11), 2015
Mougeot François, Lendvai Ádám Z, Martínez-Padilla Jesús, Pérez-Rodríguez Lorenzo, Giraudeau Mathieu, Casas Fabián, Moore Ignacio T, Redpath Steve: Parasites, mate attractiveness and female feather corticosterone levels in a socially monogamous bird, BEHAV ECOL SOCIOBIOL 70: (2) 277-283, 2015
Ouyang J Q, Lendvai A Z, Dakin R, Domalik A D, Fasanello V J, Vassallo B G, Haussmann M F, Moore I T, Bonier F: Weathering the storm: parental effort and experimental manipulation of stress hormones predict brood survival, BMC EVOL BIOL 15:, 2015
P.L. Pap, O. Vincze, O. Székely-Béres, L.Pătraș, A. Fülöp, C.I. Vágási: The oxidative cost of reproduction in a passerine: a field experiment., Oecologia - in review, 2016
Akçay Ç, Lendvai ÁZ, Stanback MT, Haussmann MF, Moore IT, Bonier F.: Strategic adjustment of parental care in tree swallows: life-history trade-offs and the role of glucocorticoids., Royal Society Open Science, 2016
Ouyang JQ, Lendvai ÁZ, Moore IT, Bonier F, Haussmann MF.: Do Hormones, Telomere Lengths, and Oxidative Stress form an Integrated Phenotype? A Case Study in Free-Living Tree Swallows., Integr. Comp. Biol., 2016
Tartu S, Bustamante P, Angelier F, Lendvai ÁZ, Moe B, Blévin P, Bech C, Gabrielsen GW, Bustnes JO, Chastel O.: Mercury exposure, stress and prolactin secretion in an Arctic seabird: an experimental study, Functional Ecology, 2016
Sebestyén F, Póliska S, Rácz R, Bereczki J, Lénárt K, Barta Z, Lendvai ÁZ, Tökölyi J: Insulin signaling and life history traits in response to food availability and perceived density in the cnidarian Hydra vulgaris, Zoological science - in review, 2017
Vágási CI, Patras L, Pap PL, Vincze O, Muresan C, Németh J, Lendvai ÁZ: Experimental increase in baseline corticosterone level reduces oxidative damage and enhances innate immune response., Physiological and Biochemical Zoology, 2017
Lendvai, AZ, Toth, Z, Vincze, O, Vagasi, CI, Pap, PL, Ouyang, JQ: Insulin-Like Growth Factor-1 Decreases in Response to Stress in a Free-Living Bird, Society for Integrative and Comparative Biology, 2017
P.L. Pap, O. Vincze, O. Székely-Béres, L.Pătraș, A. Fülöp, C.I. Vágási: Oxidative physiology of reproduction in a passerine bird: a field experiment., Behavioral Ecology and Sociobiology 72:18, 2018
Sebestyén F, Póliska S, Rácz R, Bereczki J, Lénárt K, Barta Z, Lendvai ÁZ, Tökölyi J: Insulin signaling and life history traits in response to food availability and perceived density in the cnidarian Hydra vulgaris, Zoological science 34(4):318-325, 2017
Csongor I. Vágási, Orsolya Vincze, Laura Patras, Gergely Osváth, Janka Pénzes, Zoltán Barta, Péter László Pap: Lifespan, life-history pace and oxidative stress in birds, 11th EOU congress, 2017
Tóth Z, Lendvai ÁZ: Insulin-like growth factor-1 varies with life history stage in a free-living bird, 19th congress of the Hungarian Ethological Society, 2017
Péter L Pap, Orsolya Vincze, Beatrix Wekerle, Timea Daubner, Csongor I Vágási, Robert L Nudds, Gareth J Dyke, Gergely Osváth: A phylogenetic comparative analysis reveals correlations between body feather structure and habitat, Functional Ecology, 2017
Vágási CI, Patras L, Pap PL, Vincze O, Muresan C, Németh J, Lendvai ÁZ: Experimental increase in baseline corticosterone level reduces oxidative damage and enhances innate immune response., PLOS One, 2018
Toth, Z, Ouyang, JQ, Lendvai, AZ,: Exploring the mechanistic link between corticosterone and insulin-like growth factor-1 in a wild passerine bird, PeerJ, 2018
Csongor I. Vágási, Orsolya Vincze, Laura Patras, Gergely Osváth, Janka Pénzes, Mark F. Haussmann, Zoltán Barta, Péter László Pap: Longevity and life history coevolve with oxidative stress in birds, Functional Ecology, 2018
Szép T, Dobránszky J, Møller AP, Dyke G, Lendvai ÁZ: Older birds have better feathers: A longitudinal study on the long-distance migratory Sand Martin, Riparia riparia., PLOS ONE, 2019
Lendvai ÁZ, Akçay Ç, Stanback M, Haussmann MF, Moore IT, Bonier F.: Male parental investment reflects the level of partner contributions and brood value in tree swallows, Behavioral Ecology and Sociobiology, 2018
Sepp T, Desaivre S, Lendvai AZ, Németh J, McGraw KJ, Giraudeau M.: . Feather corticosterone levels are not correlated with health or plumage coloration in juvenile house finches., Biological Journal of the Linnean Society, 2018
Sepp T, Desaivre S, Lendvai AZ, Németh J, McGraw KJ, Giraudeau M.: Feather corticosterone levels are not correlated with health or plumage coloration in juvenile house finches., Biological Journal of the Linnean Society, 2018
Dakin R, Ouyang JQ, Lendvai ÁZ, Haussmann MF, Moore IT, Bonier F: Weather matters: begging calls are temperature- and size-dependent signals of offspring state., Behaviour 153:871–896, 2016
Salmón P, Millet C, Lendvai ÁZ, Selman C, Monaghan P: Growing up and old: are early-life IGF-1 levels associated with later-life cellularageing?, EOU 2019 Abstracts, 2019
Tóth Z, Ölveczki G, Őri L, Lendvai ÁZ: Insulin-like growth factor-1 levels increase in response to food restriction in a passerine, EOU 2019 Abstracts, 2019
Lendvai ÁZ: The role of the insulin-like growth factor 1 in the mediation of life history decisionsin birds, EOU 2019 Abstracts, 2019




 

Events of the project

  
2018-12-13 15:23:24
Résztvevők változása
2017-05-22 16:46:42
Résztvevők változása
2017-03-14 15:15:42
Résztvevők változása
2015-12-07 12:47:13
Résztvevők változása



Back »