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Nature Communications volume 14、記事番号: 320 (2023) この記事を引用

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25 オルトメトリック

メトリクスの詳細

動物の代謝に関する最近の研究により、生物生物学のあらゆる側面に関与する多数の新規代謝産物が明らかになりましたが、メタボロームが性別間でどの程度異なるのかは不明です。 ここでは、野生型動物と性決定変異体の分析に非標的比較メタボロミクスを使用して、線虫の雌雄同体と雄が広範なメタボロミクスの違いを示すことを示します。 ヌクレオシド、炭水化物、脂質、アミノ酸の代謝からの構成要素を組み込んだこれまで報告されていない代謝産物のホストを含​​む、数百の小分子が一方の性別で排他的に、またははるかに大量に生成されます。 男性に富む代謝産物のサブセットは特に男性の生殖系列の存在と関連していますが、他の化合物の富化には男性の体細胞が必要です。 さらに、雄の生殖系列依存性代謝産物の 1 つである、N,N-ジメチルトリプトファンを組み込んだ珍しいジペプチドが、摂食量を増加させ、寿命を短縮し、雌雄同体における幼虫の発育の最終段階を促進することを示します。 私たちの結果は、体細胞と生殖系列の遺伝的性別が C. elegans のメタボロームをどのように形成するかについての機構研究の基礎となり、他の動物における性依存性代謝産物の発見への青写真を提供します。

人間およびげっ歯類モデルにおける代謝および関連する生理学的反応に関する最近の研究では、性別間の劇的な違いが明らかになりました 1、2、3、4、5。 たとえば、ヒト血清の標的メタボローム分析では、注釈付き代謝産物の 3 分の 1 で有意な差異が明らかになりました 6。 しかし、どのモデル系においても、高分解能質量分析法 (HRMS) に基づく非標的メタボロミクス アプローチの力を活用して、性と関連する注釈のない新規代謝物を発見した研究はほとんどありません。

いくつかの種における HRMS ベースの非標的代謝解析により、化学構造がまだ決定されていない多数の代謝物を含む広大な代謝多様性が明らかになりました 7,8。 結果として得られる大規模なデータセットの解釈は、通常、さまざまな生物学的条件からのサンプルの比較分析に依存します。これにより、対象の状況に大きく関連する代謝産物を特定できるため、詳細な化学的特性評価に優先順位を付けることができます8、9、10、11。 したがって、HRMS に基づく異なる性別の比較メタボロミクスは、注釈のない代謝物を発見する可能性があり、その同定により性特異的な表現型の機構的理解を進め、トランスクリプトミクスとプロテオミクスを補完することができます。

モデル線虫 C. elegans では、発見指向のメタボローム解析 12,13 は、標準的な条件下で個体群の 99% 以上を占める優勢な性である自家繁殖性雌雄同体にほぼ独占的に焦点を当ててきました 14。豊富な雄については限られた範囲でしか研究されていない。 男性と雌雄同体は大きく異なります。タンパク質をコードするトランスクリプトーム全体の約 1/3 に相当する 5,500 を超える遺伝子が、男女間で差次的に発現します 15,16。 同様に、C. elegans の代謝、疾患反応、およびその他の表現型における主要な性特異的差異についての証拠が増えています 17、18、19、20、21。

雌雄間の代謝学的差異の興味深いサブセットは、動物がコミュニケーションする排泄される小分子で構成されています。 いくつかの最近の研究では、そのような性特異的フェロモンの影響を受ける多様な生活史形質について説明しています。 最もよく研​​究されたケースには、ほぼ同一の化学構造を有する一対のアスカロシド誘導体が含まれますが（図1a）、雌雄同体（ascr#3、1）または雄（ascr#10、2）のいずれかに富んでいます22。 生理学的濃度では、男性特異的な ascr#10 は、雌雄同体の探索行動の減少 24,25、生殖細胞系機能の側面の改善 26,27,28、寿命の短縮 27,29 など、ascr#323 の効果とは反対に見える効果を発揮します。 つい最近、我々は、珍しい脂肪酸-アミノ酸複合体である nacq#1 (3) を報告しましたが、これも雌雄同体の寿命を短縮する 29 ため、雌雄同体の存在下では雌雄同体がより早く死亡する、雄誘発性の死亡現象の一因となります。排出された化合物19、30、31。 nacq#1 は雌雄同体の寿命を短縮することに加えて、幼虫の発育の最終段階を加速し、その結果性的成熟が速くなります 29。