4.1 Вітеллогенін

Тривалість життя бджіл тісно пов'язана з функціонуванням вітеллогеніна, що позитивно впливає на клітинний імунітет , зберегти цілісність білків і підвищення стійкості комах до окислювального стресу [ 22 , 23 , 80 ] . Особливістю довгоживучих бджіл є висока концентрація вітеллогеніна в гемолімфі. Найвищий рівень вітеллогеніна зареєстрований в яєчниках маток, де він виконує свою основну функцію в розвитку ооцитів [26]. Проте, високий рівень вмісту вітеллогеніна в тканинах королев, мабуть є одним з факторів їх довголіття (кілька років) в порівнянні з іншими кастами медоносної бджоли. Вітеллогенін синтезується в гіпофарінгеальних залозах робочих бджіл на стадії доглядальниці і присутній в їжі розплоду [86]. Рівень виробництва вітеллогеніна в робочих бджіл набагато нижчий, ніж у королев [23] . Проте рівень вітеллогеніну може значно зростати в результаті його тривалого синтезу в робочих бджіл з низьким титром ювенільного гормону і незначного використання на розплоду виходу з сім'ї [ 22 ]. У природних умовах бджолині підвид A. m. Mellifera і A. m. Carnica, що населяють помірний пояс, відрізняються від підвидів субтропічного і тропічного поясів наявністю часових форм робочих бджіл, які накопичують вітеллогенін до рівнів королеви і живуть протягом 6-10 місяців [ 79 ]. Ці факти свідчать про змогу бджолиної сім'ї, вижити в зимовий період, без відновлення чисельності за рахунок розплоду, з'явився через розвиток здатності акумулювати вітеллогеніна. Бджолинин вітеллогенін може вплинути на клітинні та біохімічні процеси шляхом модуляції сигнальних шляхів, що впливають на обмін речовин в цілому [ 23 ], і таким чином це впливає на процес старіння [87]. Це починає серію каскадних процесів, що діють в якості чинника , що регулює роботу ендокринної системи комах в цілому через стимуляцію інсуліноподібного пептиду. Вітеллогенін впливає на співвідношення кількості титрів ювенільного гормону і 20 - гідроксиекдізон [88]. Зміни також стосуються рівня експресії фактора транскрипції dFOXO в жировому тілі [ 89 , 90 ], яка має значний вплив на репродуктивну систему жінок і їх стійкість до окислювального стресу. Група FOXO білків, відіграє важливу роль у відповіді на різні види стресу і регулює широкий спектр клітинних реакцій шляхом зміни обміну речовин, від уповільнення клітинного циклу і диференціювання процесів старіння і апоптозу. Це визначає роль FOXO -залежних механізмів у визначенні тривалості життя бджіл. Активація інсулін/IGF-1-шляху веде до зупинки функції FOXO активатора. Інсуліновий шлях інактивується і JNK і SIRT1 індукується. Дефосфорильованний транскрипційний фактор FOXO переміщається з цитоплазми в ядро​​, який зупиняє ріст клітин і в свою чергу призводить до підвищення стійкості до окислювального стресу ( FOXO-регульовані гені включають гени, що кодують СОД і каталазу) і тривалість життя [ 85 , 88 ] Ген, що кодує вітеллогенін, який необхідний для формування яєць комах, виконує ряд інших функцій в медоносної бджоли, які пов'язані з соціальною організації праці. Вітеллогеніний білок впливає на вік в якому робоча бджола перестає працювати всередині колонії і починає збирати нектар або пилок, а також на тривалість її життя [79]. Цілком можливо, що така поведінка може статися через десинхронізацію роботи генів, відповідальних за розмноження і догляд за виводком. Таким чином батьківські інстинкти робочих бджіл постають перед їх початку періоду розмноження. За відсутності виводку самостійно такі комахи будцть змушені піклуватися про тісно пов'язаних членів колонії [91]. Регулятори генів спочатку пов'язані з репродуктивною функцією, наприклад, що впливають на виробництво статевих гормонів, можна очікувати, що грає важливу роль в регуляції організації праці в медоносної бджоли [92]. Ген вітеллогеніна в комах, як соціально-несоціальні, тісно пов'язаний з репродуктивною функцією жінок: Білок, що кодується цим геномом, необхідно для формування яєць в яєчниках самок. Тим не менш, цей ген також активно бере участь в робочих бджіл, які не відкладають яйця.

Крім того, зниження його діяльність у робочих бджіл спостерігається з віком. Це означає , що вітеллогенін служить особливим поведінковим перемикачем: Зниження його концентрації змушує бджолу залишити роботу по дому і почати працювати поза вуликом в якийсь момент життя. Таким чином той же самий ген, який був спочатку пов'язаний з жіночою репродуктивною функцією почав виконувати ряд нових функцій в медоносної бджоли, таких як регулювання організації праці та соціальну структуру. Було встановлено, що в робочих бджіл широкий спектр ферментів, що у процесах гліколізу, синтезують АТФ і генерації вільних радикалів залежить від зміни завдань, що виконуються бджола: від функцій усередині вулика на збір нектару чи пилку [ 14 , 93 ]. Еволюція соціальних каст комах з різним репродуктивним потенціалом також пов'язано із змінами в метаболізмі, шо впливає на тривалість життя [94]. З цієї точки зору, еволюційний розвиток бджіл припускає позитивний зв'язок вітеллогенезу і тривалості життя, який не регулюється тільки для бджолиної матки. Це сталося тому, що народжуваність і тривалість життя бджолиної матки визначає життєздатність і розвиток колонії [95]. Таким чином , бджоли є прикладом того , як соціалізація в процесі еволюції і зміни в схемі репродуктивного потенційного контролю в колонії можуть бути взаємопов'язані з продовженням життя [ 94 , 96 - 98 ]. Це припущення грунтується на аналізі взаємозалежності рівнів вітеллогеніна і тривалості життя бджолиної матки, а також динаміки репродуктивного білка і структури довголіття в робочих бджоли .Крім того, використання вітеллогеніна для управління стресостійкістю робочих бджіл був підтверджено. У робочих бджіл вітеллогенін починає синтезувати коли функції охорони здоров'я в гнізді виконуються до функції збирання [99]. Тим не менш, рівень синтезу вітеллогеніна в робочих бджіл нижче в порівнянні з тим, що в королеви [100]. Вміст білка виснажується в період від виконання функцій охорони здоров'я з боку робочої бджоли, щоб годувати личинки [24]. Таким чином, відсутність розплоду є необхідним, але не достатньою умовою для виникнення довгоживучих робочих бджіл [ 79 , 82 ]. Модуляції регуляторних механізмів вітеллогеніна на відтворення і підтримку продуктів гомеостазу можуть бути об'єднані в королеві і в робочих бджіл під час міграції видів до помірних регіонів [ 101 , 102 ] . Це рекомбінація функцій між збільшенням тривалості життя і стресостійкості сприяли появі фенотипу довгоживучих робочих бджіл, що сприяло максимальному виживанню колонії протягом зими, коли робочі бджоли не можуть бути замінені через екологічні обмеження на виводок поінформованості.