Sesso

Nature Communications volume 14, numero articolo: 320 (2023) Citare questo articolo

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Studi recenti sul metabolismo animale hanno rivelato un gran numero di nuovi metaboliti coinvolti in tutti gli aspetti della biologia dell’organismo, ma non è chiaro in che misura i metabolomi differiscano tra i sessi. Qui, utilizzando la metabolomica comparativa non mirata per l'analisi di animali selvatici e mutanti per la determinazione del sesso, mostriamo che gli ermafroditi e i maschi di C. elegans presentano differenze metabolomiche pervasive. Diverse centinaia di piccole molecole vengono prodotte esclusivamente o in quantità molto maggiori in un sesso, inclusa una serie di metaboliti precedentemente non segnalati che incorporano elementi costitutivi del metabolismo dei nucleosidi, dei carboidrati, dei lipidi e degli aminoacidi. Un sottoinsieme di metaboliti arricchiti dal maschio è specificamente associato alla presenza di una linea germinale maschile, mentre l'arricchimento di altri composti richiede un soma maschile. Inoltre, mostriamo che uno dei metaboliti dipendenti dalla linea germinale maschile, un insolito dipeptide che incorpora N,N-dimetiltriptofano, aumenta il consumo di cibo, riduce la durata della vita e accelera l'ultimo stadio dello sviluppo larvale negli ermafroditi. I nostri risultati servono come base per studi meccanicistici su come il sesso genetico del soma e della linea germinale modellano il metaboloma di C. elegans e forniscono un modello per la scoperta di metaboliti dipendenti dal sesso in altri animali.

Studi recenti sul metabolismo e sulle relative risposte fisiologiche negli esseri umani e nei modelli di roditori hanno rivelato differenze drammatiche tra i sessi1,2,3,4,5. Ad esempio, l'analisi metabolomica mirata del siero umano ha rivelato differenze significative per un terzo dei metaboliti annotati6. Tuttavia, pochi studi in qualsiasi sistema modello hanno sfruttato la potenza degli approcci metabolomici non mirati basati sulla spettrometria di massa ad alta risoluzione (HRMS) per scoprire nuovi metaboliti non annotati associati al sesso.

Analisi metabolomiche non mirate basate sull'HRMS in diverse specie hanno rivelato un'ampia diversità metabolica, inclusi un gran numero di metaboliti le cui strutture chimiche non sono state ancora determinate7,8. L'interpretazione dei grandi set di dati risultanti si basa solitamente su analisi comparative di campioni provenienti da diverse condizioni biologiche, che consentono di identificare metaboliti che sono significativamente associati a un contesto di interesse e quindi possono essere prioritari per una caratterizzazione chimica dettagliata8,9,10,11. La metabolomica comparativa basata su HRMS di diversi sessi ha quindi il potenziale per scoprire metaboliti non annotati la cui identificazione può far avanzare la comprensione meccanicistica dei fenotipi sesso-specifici e integrare la trascrittomica e la proteomica.

Nel nematode modello C. elegans, le analisi metabolomiche orientate alla scoperta12,13 si sono concentrate quasi esclusivamente sul sesso predominante, gli ermafroditi autofertili, che rappresentano >99% delle popolazioni in condizioni standard14, mentre i metabolomi del nematode molto meno i maschi abbondanti sono stati studiati solo in misura limitata. I maschi e gli ermafroditi differiscono considerevolmente: oltre 5500 geni, o circa 1/3 dell'intero trascrittoma che codifica le proteine, sono espressi in modo differenziale tra i due sessi15,16. Di conseguenza, vi sono prove crescenti di importanti differenze sesso-specifiche nel metabolismo, nella risposta alla malattia e in altri fenotipi in C. elegans17,18,19,20,21.

Un interessante sottoinsieme di differenze metabolomiche tra i sessi è costituito da piccole molecole escrete con cui gli animali comunicano. Diversi studi recenti descrivono diversi tratti della storia della vita influenzati da tali feromoni sesso-specifici. Il caso meglio studiato riguarda una coppia di derivati ​​ascarosidici che hanno strutture chimiche quasi identiche (Fig. 1a) ma sono arricchiti negli ermafroditi (ascr#3, 1) o nei maschi (ascr#10, 2)22. A concentrazioni fisiologiche, l'ascr#10 specifico per il maschio esercita effetti che appaiono opposti agli effetti dell'ascr#323, tra cui un ridotto comportamento esplorativo degli ermafroditi24,25, aspetti migliorati della funzione germinale26,27,28 e una durata di vita ridotta27,29. Più recentemente, abbiamo segnalato un insolito coniugato acido grasso-amminoacido, nacq#1 (3), che accorcia anche la durata della vita ermafrodita29, contribuendo quindi a un fenomeno di morte indotta dal maschio, per cui gli ermafroditi muoiono più rapidamente in presenza di maschi. composti escreti19,30,31. Oltre a ridurre la durata della vita degli ermafroditi, nacq#1 accelera l'ultimo stadio dello sviluppo larvale, determinando una maturazione sessuale più rapida29.