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Nunes RD, Ventura-Martins G, Moretti DM, Medeiros-Castro P, Rocha-Santos C, Daumas-Filho CRDO, Bittencourt-Cunha PRB, Martins-Cardoso K, Cudischevitch CO, Menna-Barreto RFS, Oliveira JHM, Gusmão DS, Alves Lemos FJ, Alviano DS, Oliveira PL, Lowenberger C, Majerowicz D, Oliveira RM, Mesquita RD, Atella GC, Silva-Neto MAC. Polyphenol-Rich Diets Exacerbate AMPK-Mediated Autophagy, Decreasing Proliferation of Mosquito Midgut Microbiota, and Extending Vector Lifespan. PLoS Negl Trop Dis 2016; 10:e0005034. [PMID: 27732590 PMCID: PMC5061323 DOI: 10.1371/journal.pntd.0005034] [Citation(s) in RCA: 14] [Impact Index Per Article: 1.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/04/2016] [Accepted: 09/10/2016] [Indexed: 12/29/2022] Open
Abstract
Background Mosquitoes feed on plant-derived fluids such as nectar and sap and are exposed to bioactive molecules found in this dietary source. However, the role of such molecules on mosquito vectorial capacity is unknown. Weather has been recognized as a major determinant of the spread of dengue, and plants under abiotic stress increase their production of polyphenols. Results Here, we show that including polyphenols in mosquito meals promoted the activation of AMP-dependent protein kinase (AMPK). AMPK positively regulated midgut autophagy leading to a decrease in bacterial proliferation and an increase in vector lifespan. Suppression of AMPK activity resulted in a 6-fold increase in midgut microbiota. Similarly, inhibition of polyphenol-induced autophagy induced an 8-fold increase in bacterial proliferation. Mosquitoes maintained on the polyphenol diet were readily infected by dengue virus. Conclusion The present findings uncover a new direct route by which exacerbation of autophagy through activation of the AMPK pathway leads to a more efficient control of mosquito midgut microbiota and increases the average mosquito lifespan. Our results suggest for the first time that the polyphenol content and availability of the surrounding vegetation may increase the population of mosquitoes prone to infection with arboviruses. The dramatic climate changes currently occurring on our planet may likely influence the biology and the distribution of mosquitoes. Aedes aegypti is a major vector of arboviruses. However, females feed on plants for a few days before feeding on blood for the first time. Plants are sessile and cannot move to search for better environmental conditions. In times of extreme temperatures, drought, or UV radiation plants produce polyphenols that allow plants to survive under such extreme conditions. Polyphenol ingestion by mosquitoes enhances the activity of an enzyme named AMP-activated protein kinase (AMPK). Mosquitoes emerging from pupae leave the aquatic environment and are readily colonized by many bacterial strains. Polyphenol-fed mosquitoes display a huge activation of AMPK which enhances autophagy in the midgut cells that increases the capture and killing of midgut bacteria, thus enhancing vector lifespan. Therefore, early meals on polyphenol sources allow for the regulation of vector microbiota. These data may provide the basis of a novel strategy that promotes bacterial proliferation and a shortening of vector lifespan.
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Affiliation(s)
- Rodrigo Dutra Nunes
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Guilherme Ventura-Martins
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Débora Monteiro Moretti
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Priscilla Medeiros-Castro
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Carlucio Rocha-Santos
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Carlos Renato de Oliveira Daumas-Filho
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Paula Rego Barros Bittencourt-Cunha
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
- Laboratório de Bioquímica de Lipídios e Lipoproteínas, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Karina Martins-Cardoso
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Cecília Oliveira Cudischevitch
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | | | - José Henrique Maia Oliveira
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
- Laboratório de Bioquímica de Artrópodes Hematófagos, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Desiely Silva Gusmão
- Laboratório de Biologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense, Campos dos Goytacazes, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Francisco José Alves Lemos
- Laboratório de Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Daniela Sales Alviano
- Instituto de Microbiologia Prof. Paulo de Góes, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Prédio do CCS, Bloco I, Rio de JaneiroRio de Janeiro, Brazil
| | - Pedro Lagerblad Oliveira
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
- Laboratório de Bioquímica de Artrópodes Hematófagos, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Carl Lowenberger
- Department of Biological Sciences, Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia, Canada
| | - David Majerowicz
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
- Departamento de Biotecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Ricardo Melo Oliveira
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Rafael Dias Mesquita
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
- Laboratório de Bioinformática, Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Georgia Correa Atella
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular, Rio de Janeiro, Brazil
- Laboratório de Bioquímica de Lipídios e Lipoproteínas, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Mário Alberto Cardoso Silva-Neto
- Laboratório de Sinalização Celular, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
- Laboratório de Bioquímica de Lipídios e Lipoproteínas, Programa de Biologia Molecular e Biotecnologia, Instituto de Bioquímica Médica Leopoldo de Meis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
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