Sexe

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 320 (2023) Citer cet article

3514 Accès

5 citations

25 Altmétrique

Détails des métriques

Des études récentes sur le métabolisme animal ont révélé un grand nombre de nouveaux métabolites impliqués dans tous les aspects de la biologie de l'organisme, mais on ne sait pas exactement dans quelle mesure les métabolomes diffèrent entre les sexes. Ici, en utilisant une métabolomique comparative non ciblée pour l’analyse d’animaux de type sauvage et de mutants de détermination du sexe, nous montrons que les hermaphrodites et les mâles de C. elegans présentent des différences métabolomiques omniprésentes. Plusieurs centaines de petites molécules sont produites exclusivement ou en quantités beaucoup plus importantes dans un seul sexe, y compris une multitude de métabolites jusqu'alors non signalés qui incorporent des éléments constitutifs du métabolisme des nucléosides, des glucides, des lipides et des acides aminés. Un sous-ensemble de métabolites enrichis en mâles est spécifiquement associé à la présence d'une lignée germinale mâle, alors que l'enrichissement d'autres composés nécessite un soma mâle. De plus, nous montrons que l’un des métabolites dépendants de la lignée germinale mâle, un dipeptide inhabituel incorporant du N,N-diméthyltryptophane, augmente la consommation alimentaire, réduit la durée de vie et accélère le dernier stade du développement larvaire chez les hermaphrodites. Nos résultats servent de base à des études mécanistiques sur la façon dont le sexe génétique du soma et de la lignée germinale façonne le métabolome de C. elegans et fournissent un modèle pour la découverte de métabolites dépendant du sexe chez d'autres animaux.

Des études récentes sur le métabolisme et les réponses physiologiques associées chez des modèles humains et rongeurs ont révélé des différences spectaculaires entre les sexes1,2,3,4,5. Par exemple, une analyse métabolomique ciblée du sérum humain a révélé des différences significatives pour un tiers des métabolites annotés6. Cependant, peu d’études, quel que soit le système modèle, ont exploité la puissance des approches métabolomiques non ciblées basées sur la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) pour découvrir de nouveaux métabolites non annotés associés au sexe.

Des analyses métabolomiques non ciblées basées sur le HRMS chez plusieurs espèces ont révélé une vaste diversité métabolique, notamment un grand nombre de métabolites dont les structures chimiques n'ont pas encore été déterminées7,8. L'interprétation des grands ensembles de données résultants repose généralement sur des analyses comparatives d'échantillons provenant de différentes conditions biologiques, ce qui permet d'identifier les métabolites qui sont significativement associés à un contexte d'intérêt et peuvent donc être priorisés pour une caractérisation chimique détaillée8,9,10,11. La métabolomique comparative basée sur le HRMS de différents sexes a ainsi le potentiel de découvrir des métabolites non annotés dont l'identification peut faire progresser la compréhension mécaniste des phénotypes spécifiques au sexe et compléter la transcriptomique et la protéomique.

Dans le nématode modèle C. elegans, les analyses métabolomiques orientées vers la découverte12,13 se sont presque exclusivement concentrées sur le sexe prédominant, les hermaphrodites autofertiles, qui représentent > 99 % des populations dans des conditions standard14, alors que les métabolomes du nématode modèle C. elegans. les mâles abondants n’ont été étudiés que dans une mesure limitée. Les mâles et les hermaphrodites diffèrent considérablement : plus de 5 500 gènes, soit environ 1/3 de l’ensemble du transcriptome codant pour les protéines, sont exprimés de manière différentielle entre les deux sexes15,16. En conséquence, il existe de plus en plus de preuves de différences majeures spécifiques au sexe en termes de métabolisme, de réponse à la maladie et d’autres phénotypes chez C. elegans17,18,19,20,21.

Un sous-ensemble fascinant de différences métabolomiques entre les sexes est constitué de petites molécules excrétées avec lesquelles les animaux communiquent. Plusieurs études récentes décrivent divers traits d’histoire de vie affectés par ces phéromones spécifiques au sexe. Le cas le mieux étudié concerne une paire de dérivés d'ascaroside qui ont des structures chimiques presque identiques (Fig. 1a) mais qui sont enrichis soit en hermaphrodites (ascr#3, 1), soit en mâles (ascr#10, 2)22. À des concentrations physiologiques, l'ascr#10 spécifique au mâle exerce des effets qui semblent opposés aux effets de l'ascr#323, notamment un comportement exploratoire réduit des hermaphrodites24,25, des aspects améliorés de la fonction germinale26,27,28 et une durée de vie raccourcie27,29. Plus récemment, nous avons signalé un conjugué acide gras-acide aminé inhabituel, nacq#1 (3), qui raccourcit également la durée de vie des hermaphrodites29, contribuant ainsi à un phénomène de disparition induite par les mâles, dans lequel les hermaphrodites meurent plus rapidement en présence de mâles. composés excrétés19,30,31. En plus de réduire la durée de vie des hermaphrodites, le nacq#1 accélère le dernier stade du développement larvaire, entraînant une maturation sexuelle plus rapide29.