Localization of the NMDA glutamate receptor subunit R1 in the honeybee, Apis mellifera neurons

Abstract

The aim of this investigation was the localization of the NMDA glutamate receptor subunit R1 (AmNR1) mRNA and protein in the adult and at different developmental stages of the honeybee. In addition, in situ hybridization and immunohistochemistry were used for the detection of the expression of AmNR1 gene at different seasonal stages and hives and the co-localization of AmNR1 with protein discs-large (DLG). In situ hybridization and immunohistochemistry revealed that the AmNR1 signal was detected in all somata regions of the adult bee brain, in which high expression levels were observed in the protocerebral lobe, sub-oesophageal ganglion, dorsal lobe, antennal lobe, and lobula, medulla and lamina of the optic lobe. On the other hand, moderate to weak AmNR1 signal was detected in the mushroom body. This widespread distribution of the AmNR1 transcript and protein in the bee brain suggests that this receptor might participate in the processing of higher order sensory information including visual and olfactory information as well as learning and memory. In the developmental stages, the AmNR1 transcript was highly detected in the pre-adult stages compared to adult bees. In contrast, in the pre-adult stages, very weak or no AmNR1 protein was detected. The AmNR1 protein was increased with ages and most abundently detected in the foraging bees. Age related increase of the AmNR1 protein suggests that this protein may be involved in the behavioral maturation underlying learning and memory. No difference was detected for the localization of AmNR1 transcript and protein in the bees which were collected from different seasons and hives. It suggests that the expression of AmNR1 gene is not influenced by season or colony types. Immunofluorescent signal revealed that the AmNR1 protein and protein discs- large were nicely co-localized at the same region of the bee brain suggesting these two proteins are co-expressed in the honeybee.

Ziel dieser Arbeit war die Lokalisierung der NMDA Glutamat Rezeptor Untereinheit R1 (AmNR1) mRNA und des Proteins bei Honigbienen in verschiedenen Entwicklungsstadien und bei Adulten. Für die Detektion der Expression des AmNR1 Gens in verschiedenen Entwicklungsstadien der Bienen und bei verschiedenen Bienenstöcken, wurde die in situ Hybridisierung angewandt, sowie eine Co-Lokalisierung von AmNR1 und disc-large Proteinen. Mit der in situ Hybridisierung und Immunhistochemie konnte gezeigt werden, dass das AmNR1 Signal in allen Somata Regionen des adulten Bienengehirns detektierbar war, in denen auch hohe Expressionslevel gemessen wurden protozerebrale Loben, Suboesophagialganglion, dorsale Loben, Lobula, Medulla und Lamina der optischen Loben. Demgegenüber wurden in den Pilzkörpern mittlere bis schwache Signale detektiert. Diese verstreute Verteilung des AmNR1 Transkripts und Proteins im Bienengehirn könnte darauf hinweisen, dass der Rezeptor an höher geordneten sensorischen Verarbeitungsprozessen wie visueller und olfaktorischer Informationsverarbeitung, als auch an Lern- und Gedächtnisprozessen beteiligt ist. Im Vergleich der verschiedenen Entwicklungsstadien, wurde in pre-adulten Bienen mehr AmNR1 Transkript detektiert als bei adulten Bienen. Im Kontrast dazu, wurde in den pre-adulten Stadien sehr wenig bis gar kein AmNR1 Protein detektiert. Die Menge an AmNR1 Protein steigt mit dem Alter der Biene, die höchste Menge könnte bei fütternden Bienen detektiert werden. Der Zusammenhang von Bienenalter und Ansteigt von AmNR1 Protein könnte darauf hinweisen, dass das Protein an der Reife von Verhaltensweisen auf der Basis von Lernen und Gedächtnis beteiligt ist. Bei dem Vergleich von Bienen, die in verschiedenen Jahreszeiten und von verschiedenen Stöcken gesammelt wurden, konnten keine Unterschiede in der Lokalisierung und Menge von AmNR1 Transkript und Protein detektiert werden. Dies könnte darauf hinweisen, dass die Expression des AmNR1 Gens nicht durch jahreszeitliche Schwankungen oder unterschiedliche Kolonietypen beeinflusst wird. Die Auswertung der immunofluoreszenten Signale ergab, dass das AmNR1 Protein und disc-large Protein zusammen in der selben Region lokalisiert werden konnte. Dies deutet auf eine Co-Expression der beiden Proteine in der Honigbiene hin.