Секс

Nature Communications, том 14, номер статьи: 320 (2023) Цитировать эту статью

3514 Доступов

5 цитат

25 Альтметрика

Подробности о метриках

Недавние исследования метаболизма животных выявили большое количество новых метаболитов, которые участвуют во всех аспектах биологии организма, но неясно, в какой степени метаболомы различаются между полами. Здесь, используя нецелевую сравнительную метаболомику для анализа животных дикого типа и мутантов по определению пола, мы показываем, что гермафродиты и самцы C. elegans демонстрируют общие метаболомические различия. Несколько сотен малых молекул производятся исключительно или в гораздо больших количествах у представителей одного пола, включая множество ранее не зарегистрированных метаболитов, которые включают в себя строительные блоки нуклеозидного, углеводного, липидного и аминокислотного метаболизма. Подмножество метаболитов, обогащенных мужчинами, специфически связано с наличием мужской зародышевой линии, тогда как для обогащения другими соединениями требуется мужская сома. Кроме того, мы показываем, что один из мужских зародышевых метаболитов, необычный дипептид, включающий N,N-диметилтриптофан, увеличивает потребление пищи, сокращает продолжительность жизни и ускоряет последнюю стадию личиночного развития у гермафродитов. Наши результаты служат основой для механистических исследований того, как генетический пол сомы и зародышевой линии формируют метаболом C. elegans, и дают основу для открытия зависимых от пола метаболитов у других животных.

Недавние исследования метаболизма и связанных с ним физиологических реакций на людях и моделях грызунов выявили существенные различия между полами1,2,3,4,5. Например, целевой метаболомный анализ сыворотки человека выявил значительные различия для одной трети аннотированных метаболитов6. Однако лишь немногие исследования в какой-либо модельной системе использовали возможности нецелевых метаболомных подходов, основанных на масс-спектрометрии высокого разрешения (HRMS), для выявления новых неаннотированных метаболитов, связанных с полом.

Нецелевой метаболомный анализ на основе HRMS у нескольких видов выявил огромное метаболическое разнообразие, включая большое количество метаболитов, химическая структура которых еще не определена7,8. Интерпретация полученных больших наборов данных обычно опирается на сравнительный анализ образцов из разных биологических условий, что позволяет идентифицировать метаболиты, которые в значительной степени связаны с интересующим контекстом и, таким образом, могут быть приоритетными для детальной химической характеристики8,9,10,11. Таким образом, сравнительная метаболомика разных полов на основе HRMS имеет потенциал для обнаружения неаннотированных метаболитов, идентификация которых может способствовать механистическому пониманию гендерно-специфичных фенотипов и дополнять транскриптомику и протеомику.

Метаболомный анализ модельной нематоды C. elegans, ориентированный на открытия12,13, почти исключительно сосредоточен на преобладающем поле, самоплодных гермафродитах, которые составляют >99% популяций в стандартных условиях14, тогда как метаболомы гораздо меньшего пола многочисленные самцы изучены лишь в ограниченной степени. Самцы и гермафродиты существенно различаются – более 5500 генов, или ~1/3 всего транскриптома, кодирующего белок, дифференциально экспрессируются между двумя полами15,16. Соответственно, появляется все больше доказательств серьезных половых различий в метаболизме, реакции на заболевание и других фенотипах у C. elegans17,18,19,20,21.

Интригующую подгруппу метаболомных различий между полами составляют выделяемые из организма небольшие молекулы, с которыми животные общаются. Несколько недавних исследований описывают различные черты истории жизни, на которые влияют такие половые феромоны. Наиболее изученный случай включает пару производных аскарозида, которые имеют почти идентичную химическую структуру (рис. 1а), но обогащены либо гермафродитами (ascr#3, 1), либо самцами (ascr#10, 2)22. В физиологических концентрациях специфичный для мужчин ascr#10 оказывает эффекты, противоположные эффектам ascr#323, включая снижение исследовательского поведения гермафродитов24,25, улучшение аспектов функции зародышевой линии26,27,28 и сокращение продолжительности жизни27,29. Совсем недавно мы сообщили о необычном конъюгате жирных кислот и аминокислот, nacq#1 (3), который также сокращает продолжительность жизни гермафродитов29, тем самым способствуя феномену гибели, вызванной самцами, при котором гермафродиты умирают быстрее в присутствии самцов. выделяемые соединения19,30,31. Помимо сокращения продолжительности жизни гермафродитов, nacq#1 ускоряет последнюю стадию развития личинок, что приводит к более быстрому половому созреванию29.