Mechanism of starvation induced autophagy and apoptosis in the midgut of silkworm, Bombyx mori, based on calcium homeostasis

自噬 中肠 细胞生物学 生物 细胞凋亡 下调和上调 卡尔帕因 程序性细胞死亡 转录因子 RNA干扰 家蚕 基因 生物化学 核糖核酸 植物 幼虫
作者
Jialu Cheng,Xueling Qin,B. G. Han,Haoyi Gu,H. Zou,Peiling Peng,Zhen Mao,Bing Li
出处
期刊:Insect Molecular Biology [Wiley]
标识
DOI:10.1111/imb.12981
摘要

Abstract Starvation can induce autophagy and apoptosis in intestinal cells. To elucidate the underlying mechanisms, we investigated autophagy and apoptosis in the midgut of the model insect, silkworm ( Bombyx mori ), focusing on calcium homeostasis. The results indicated that the body weight of silkworms decreased, along with damage to the morphology of their digestive tracts and midguts after starvation treatment. Additionally, mitochondrial swelling, autophagy and apoptosis were observable. Further investigation revealed that starvation upregulated the transcription of Ca 2+ release channel‐associated genes (e.g., BmIP3R , BmRyR ) but suppressed the expression of Ca 2+ efflux genes ( BmPMCA ), resulting in Ca 2+ overload in midgut cells and subsequent upregulation of BmCalpain transcription. In addition, starvation increased the transcription of key autophagy genes ( BmATG5 , BmATG7 , BmATG8 ) and the expression of the LC3‐II protein. Upon prolonged starvation, the NtATG5 protein levels increased, a process that facilitated the transition from autophagy to apoptosis. These results indicate that Ca 2+ overload activates the calpain‐mediated apoptosis pathway and promotes apoptosis of midgut cells. The present study reveals the significant role that Ca 2+ plays in the occurrence and transformation of autophagy and apoptosis induced by starvation treatment, thus providing a new research strategy for investigating the damage caused by starvation in biological organisms.
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