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Obtaining Specimens with Slowed, Accelerated and Reversed Aging in the Honey Bee Model

Societies of highly social animals feature vast lifespan differences between closely related individuals. Among social insects, the honey bee is the best ...

Norwegian University of Life Sciences

Loss of brain function is one of the most negative and feared aspects of aging. Studies of invertebrates have taught us much about the physiology of aging and how this progression may be slowed. Yet, how aging affects complex brain functions, e.g., the ability to acquire new memory when previous experience is no longer valid, is an almost exclusive question of studies in humans and mammalian models. In these systems, age related cognitive disorders are assessed through composite paradigms that test different performance tasks in the same individual. Such studies could demonstrate that afflicted individuals show the loss of several and often-diverse memory faculties, and that performance usually varies more between aged individuals, as compared to conspecifics from younger groups. No comparable composite surveying approaches are established yet for invertebrate models in aging research. Here we test whether an insect can share patterns of decline similar to those that are commonly observed during mammalian brain aging. Using honey bees, we combine restrained learning with free-flight assays. We demonstrate that reduced olfactory learning performance correlates with a reduced ability to extinguish the spatial memory of an abandoned nest location (spatial memory extinction). Adding to this, we show that learning performance is more variable in old honey bees. Taken together, our findings point to generic features of brain aging and provide the prerequisites to model individual aspects of learning dysfunction with insect models.

In the laboratory and during free-flight: old honey bees reveal learning and extinction deficits that mirror mammalian functional decline.

Perte des fonctions c&eacute;r&eacute;brales est un des aspects plus n&eacute;gatifs et craints de vieillissement. &Eacute;tudes d&#39;invert&eacute;br&eacute;s nous ont appris beaucoup sur la physiologie du vieillissement et comment cette progression peut &ecirc;tre ralentie. Pourtant, comment le vieillissement affecte des fonctions c&eacute;r&eacute;brales complexes, par exemple, la capacit&eacute; d&#39;acqu&eacute;rir la nouvelle m&eacute;moire lors de l&#39;exp&eacute;rience ant&eacute;rieure n&#39;est plus valide, est une question presque exclusive des &eacute;tudes chez les humains et les mammif&egrave;res mod&egrave;les. Dans ces syst&egrave;mes, li&eacute;es &agrave; l&#39;&acirc;ge des troubles cognitifs sont &eacute;valu&eacute;es au moyen de paradigmes composites qui testent les t&acirc;ches de performance diff&eacute;rents chez le m&ecirc;me individu. Ces &eacute;tudes pourraient d&eacute;montrer qu&#39;individus afflig&eacute;s montrent la perte de plusieurs et m&eacute;moire souvent diverses facult&eacute;s et que la performance varie habituellement plus les individus &acirc;g&eacute;s, par rapport &agrave; leurs cong&eacute;n&egrave;res de plus jeunes. Aucune approche comparable arpentage composite n&#39;est &eacute;tablis encore pour les mod&egrave;les d&#39;invert&eacute;br&eacute;s dans la recherche de vieillissement. Ici, nous v&eacute;rifions si un insecte peut partager des mod&egrave;les de d&eacute;clin semblable &agrave; celles qui sont couramment observ&eacute;s au cours du vieillissement du cerveau des mammif&egrave;res. &Agrave; l&#39;aide d&#39;abeilles mellif&egrave;res, nous combinons apprentissage sobre avec des essais de vol libre. Nous d&eacute;montrons que r&eacute;duit apprentissage olfactif performance est corr&eacute;l&eacute;e avec une diminution de la capacit&eacute; d&#39;&eacute;teindre la m&eacute;moire spatiale d&#39;un emplacement de nid abandonn&eacute; (extinction de la m&eacute;moire spatiale). Ajoutez &agrave; cela, nous montrons que l&#39;apprentissage des performances est plus variable dans les vieilles abeilles. Pris ensemble, nos r&eacute;sultats pointent vers les fonctionnalit&eacute;s g&eacute;n&eacute;riques de vieillissement c&eacute;r&eacute;bral et fournissent les conditions pr&eacute;alables &agrave; des aspects individuels mod&egrave;le de dysfonctionnement avec insectes mod&egrave;les d&#39;apprentissage.

En laboratoire et en vol libre : vieilles abeilles r&eacute;v&egrave;lent les d&eacute;ficits d&#39;apprentissage et d&#39;extinction qui refl&egrave;tent le d&eacute;clin fonctionnel chez les mammif&egrave;res.

Perdita della funzione cerebrale &egrave; uno degli aspetti pi&ugrave; negativi e temuti dell&#39;invecchiamento. Studi di invertebrati ci hanno insegnato molto circa la fisiologia dell&#39;invecchiamento e come questa progressione pu&ograve; essere rallentata. Eppure, come invecchiamento colpisce funzioni cerebrali complesse, ad esempio, la capacit&agrave; di acquisire nuova memoria quando l&#39;esperienza precedente non &egrave; pi&ugrave; valido, &egrave; una domanda quasi esclusiva degli studi nell&#39;uomo e in modelli mammiferi. In questi sistemi, et&agrave; correlati a disturbi cognitivi sono valutati attraverso paradigmi compositi che prova attivit&agrave; prestazioni differenti nella stessa persona. Tali studi potrebbero dimostrare che individui afflitti mostrano la perdita di diversi e memoria spesso diverse facolt&agrave; e che le prestazioni di solito varia pi&ugrave; tra individui anziani, rispetto ai conspecifici dai gruppi pi&ugrave; giovani. No approcci di misurazione composito paragonabile sono stabiliti ancora per modelli invertebrati nella ricerca di invecchiamento. Qui ci prova se un insetto pu&ograve; condividere modelli di declino simile a quelli che sono comunemente osservati durante l&#39;invecchiamento del cervello dei mammiferi. Utilizzando le api mellifere, uniamo l&#39;apprendimento trattenuto con dosaggi di volo libero. Dimostriamo che ridotto apprendimento olfattivo prestazioni correla con una ridotta capacit&agrave; di estinguere la memoria spaziale di una nido abbandonato posizione (estinzione della memoria spaziale). In aggiunta a questo, ci mostra che le prestazioni di apprendimento &egrave; pi&ugrave; variabile nel vecchio api mellifere. Presi insieme, i nostri risultati scegliere caratteristiche generiche di invecchiamento del cervello e forniscono i prerequisiti per singoli aspetti modello di apprendimento disfunzione con modelli dell&#39;insetto.

In laboratorio e durante il volo libero: vecchio miele API rivelano deficit di apprendimento ed estinzione che rispecchiano il declino funzionale dei mammiferi.

Highly social animals provide alternative aging models in which vastly different lifespan patterns are flexible, and linked to social caste. Research in these species aims to reveal how environment, including social cues, can shape the transition between short-lived and extremely long-lived phenotypes with negligible senescence. Among honey bee workers, short to intermediate lifespans are typical for summer castes, while the winter caste can live up to 10 times longer. For summer castes, experimental interventions could predictably accelerate, slow or revert functional senescence. In contrast, little is known about the partic ular conditions under which periods of negligible senescence in winter castes can be disrupted or sustained. We asked how manipulation of social environment in colonies with long-lived winter bees might alter the pace of functional senescence, measured as learning performance, as well as of cellular senescence, measured as lipofuscin accumulation. We show that behavioral senescence becomes rapidly detectable when the winter state is disrupted, and changes in social task behaviors and social environment (brood) are induced. Likewise, we found that cellular senescence was induced by such social intervention. However, cellular senescence showed marked regional differences, suggesting that particular brain regions age slower than others. Finally, by preventing post-winter colonies from brood rearing, behavioral senescence became undetectable, even after transition to the usually short-lived phenotypes had occurred. We envision that social regulation of negligible functional senescence and highly dynamic accumulation of a universal symptom of cellular aging (lipofuscin) offers rewarding perspectives to target proximate mechanisms of slowed aging.

Aging and its modulation in a long-lived worker caste of the honey bee.

Des animaux tr&egrave;s sociaux fournissent des mod&egrave;les de vieillissement alternatif dans lequel les mod&egrave;les de dur&eacute;e de vie tr&egrave;s diff&eacute;rentes sont souples et li&eacute; &agrave; une caste sociale. Recherche chez ces esp&egrave;ces vise &agrave; r&eacute;v&eacute;ler comment environnement, y compris les signaux sociaux, peut former la transition entre les ph&eacute;notypes de courte dur&eacute;es et longue dur&eacute;e de vie extr&ecirc;mement avec la s&eacute;nescence n&eacute;gligeable. Chez les travailleurs de miel abeille, court &agrave; interm&eacute;diaire esp&eacute;rance de vie est typiques des castes de l&#39;&eacute;t&eacute;, tandis que la caste d&#39;hiver peut vivre jusqu&#39;&agrave; 10 fois plus longtemps. Pour les castes de l&#39;&eacute;t&eacute;, interventions exp&eacute;rimentales pourraient pr&eacute;visible acc&eacute;l&eacute;rer, ralentir ou revenir s&eacute;nescence fonctionnelle. En revanche, on conna&icirc;t les conditions de participation ular sous quelles p&eacute;riodes de la s&eacute;nescence n&eacute;gligeable en hiver castes peuvent &ecirc;tre perturb&eacute;es ou subies. Nous avons demand&eacute; comment la manipulation de l&#39;environnement social dans les colonies d&#39;abeilles d&#39;hiver longue dur&eacute;e de vie seraient susceptibles de modifier le rythme de la s&eacute;nescence fonctionnelle, mesur&eacute;e en performance, d&#39;apprentissage, ainsi que de la s&eacute;nescence cellulaire, mesur&eacute;e par l&#39;accumulation de lipofuscine. Nous montrons que la s&eacute;nescence comportementale devienne rapidement d&eacute;tectable lorsque l&#39;&eacute;tat de l&#39;hiver est perturb&eacute;, et des changements dans les comportements de travail social et l&#39;environnement social (couvain) sont induites. De m&ecirc;me, nous avons constat&eacute; que la s&eacute;nescence cellulaire a &eacute;t&eacute; induite par cette intervention sociale. Cependant, s&eacute;nescence cellulaire a montr&eacute; des diff&eacute;rences r&eacute;gionales marqu&eacute;es, sugg&eacute;rant que les r&eacute;gions c&eacute;r&eacute;brales particuli&egrave;res l&#39;&acirc;ge plus lentement que les autres. Enfin, en emp&ecirc;chant de colonies d&#39;&eacute;levage, s&eacute;nescence comportementale est devenu ind&eacute;tectable, m&ecirc;me apr&egrave;s que la transition pour les ph&eacute;notypes habituellement de courte dur&eacute;es avait eu lieu. Nous envisageons cette r&eacute;gulation sociale de la s&eacute;nescence n&eacute;gligeable fonctionnelle et tr&egrave;s dynamique accumulation d&#39;un sympt&ocirc;me universelle des offres de vieillissement cellulaire (lipofuscine) r&eacute;compensant des perspectives aux m&eacute;canismes imm&eacute;diate de cible du vieillissement ralenti.

Vieillissement et sa modulation dans une caste de travailleurs de longue dur&eacute;e de vie de l&#39;abeille.

Animali altamente sociali forniscono modelli alternativi di invecchiamento in cui durata notevolmente differenti modelli sono flessibili e collegato alla casta sociale. Ricerca in queste specie si propone di rivelare come ambiente, tra cui spunti sociali, pu&ograve; plasmare la transizione tra fenotipi di breve durati ed estremamente longevi con senescenza trascurabile. Tra i lavoratori di ape del miele, breve e intermedia durate di vita sono tipici per caste di estate, mentre la casta di inverno pu&ograve; vivere fino a 10 volte di pi&ugrave;. Per caste di estate, interventi sperimentali prevedibilmente potrebbero accelerare, rallentare o ripristinare la senescenza funzionale. In contrasto, poco si sa circa le condizioni di moltissimi ular sotto cui periodi di senescenza trascurabile in inverno caste possono essere interrotto o sostenute. Abbiamo chiesto come manipolazione dell&#39;ambiente sociale nelle colonie con le API inverno longevo potrebbe alterare il ritmo della senescenza funzionale, misurata come apprendimento delle prestazioni, nonch&eacute; della senescenza cellulare, misurata come accumulo di lipofuscina. Mostriamo che senescenza comportamentale diventa rapidamente rilevabile quando lo stato di inverno &egrave; perturbato, e cambiamenti nei comportamenti di attivit&agrave; sociali e ambiente sociale (covata) sono indotti. Allo stesso modo, abbiamo trovato che la senescenza cellulare &egrave; stata indotta da tale intervento sociale. Tuttavia, senescenza cellulare ha mostrato marcate differenze regionali, suggerendo che regioni del cervello particolare et&agrave; pi&ugrave; lento rispetto ad altri. Infine, impedendo ritrovando colonie da allevamento di covata, senescenza comportamentale &egrave; diventato inosservabile, anche dopo che si era verificato transizione verso i fenotipi di solito di breve durati. Immaginiamo che tale regolamento sociale della senescenza trascurabile funzionale e altamente dinamico accumulo di un sintomo universale dell&#39;invecchiamento cellulare (lipofuscina) offre gratificanti prospettive ai meccanismi di prossima destinazione di invecchiamento rallentato.

Article	Year
In the laboratory and during free-flight: old honey bees reveal learning and extinction deficits that mirror mammalian functional decline. PloS one\| PubMed ID: 20976061	2010
Aging and its modulation in a long-lived worker caste of the honey bee. The Journal of experimental biology\| PubMed ID: 23596282	2013

Claus D. Kreibich

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