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Nature Communications 14권, 기사 번호: 320(2023) 이 기사 인용

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동물 대사에 대한 최근 연구에 따르면 유기체 생물학의 모든 측면에 관여하는 수많은 새로운 대사산물이 밝혀졌지만 성별에 따라 대사체가 어느 정도 다른지는 확실하지 않습니다. 여기서는 야생형 동물 및 성 결정 돌연변이 분석을 위한 비표적 비교 대사체학을 사용하여 C. elegans 자웅동체와 수컷이 광범위한 대사체 차이를 나타냄을 보여줍니다. 뉴클레오시드, 탄수화물, 지질 및 아미노산 대사의 구성 요소를 통합하는 이전에 보고되지 않은 대사 산물을 포함하여 수백 개의 작은 분자가 한 성별에서 독점적으로 또는 훨씬 더 많은 양으로 생성됩니다. 남성이 풍부한 대사산물의 하위 집합은 특히 남성 생식계열의 존재와 연관되어 있는 반면, 다른 화합물의 농축에는 남성 체세포가 필요합니다. 또한, 우리는 수컷 생식세포 의존성 대사산물 중 하나인 N,N-디메틸트립토판을 포함하는 특이한 디펩티드가 음식 소비를 증가시키고 수명을 감소시키며 자웅동체의 유충 발달의 마지막 단계를 가속화한다는 것을 보여줍니다. 우리의 결과는 체세포와 생식계열의 유전적 성별이 어떻게 C. elegans 대사체를 형성하는지에 대한 기계론적 연구의 기초가 되며 다른 동물에서 성 의존 대사산물 발견을 위한 청사진을 제공합니다.

인간과 설치류 모델의 신진 대사 및 관련 생리적 반응에 대한 최근 연구에 따르면 성별 간의 극적인 차이가 밝혀졌습니다1,2,3,4,5. 예를 들어, 인간 혈청의 표적 대사체 분석에서는 주석이 달린 대사산물의 1/3에 대해 유의한 차이가 있는 것으로 나타났습니다6. 그러나 모든 모델 시스템에서 성과 관련된 주석이 추가되지 않은 새로운 대사산물을 발견하기 위해 고해상도 질량 분석법(HRMS)을 기반으로 한 비표적 대사체 접근법의 힘을 활용한 연구는 거의 없습니다.

여러 종에 대한 HRMS 기반의 비표적 대사체 분석을 통해 화학 구조가 아직 결정되지 않은 다수의 대사산물을 포함하여 광범위한 대사 다양성이 밝혀졌습니다7,8. 생성된 대규모 데이터 세트의 해석은 일반적으로 다양한 생물학적 조건의 샘플에 대한 비교 분석에 의존합니다. 이를 통해 관심 있는 맥락과 크게 연관되어 있는 대사 산물을 식별할 수 있으므로 상세한 화학적 특성 분석을 위해 우선 순위를 지정할 수 있습니다8,9,10,11. 따라서 HRMS 기반의 다양한 성별 비교 대사체학은 성별에 따른 표현형에 대한 기계적 이해를 향상시키고 전사체학 및 단백질체학을 보완할 수 있는 주석이 달지 않은 대사체를 밝혀낼 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

모델 선충류 C. elegans에서 발견 중심의 대사체 분석12,13은 표준 조건 하에서 인구의 >99%를 차지하는 우세한 성별인 자가수정 자웅동체에 거의 독점적으로 초점을 맞춘 반면14 훨씬 적은 대사체의 대사체는 풍부한 수컷은 제한된 범위에서만 연구되었습니다. 수컷과 자웅동체는 상당히 다릅니다. 5500개 이상의 유전자 또는 전체 단백질 코딩 전사체의 ~1/3이 두 성별 간에 차등적으로 발현됩니다15,16. 이에 따라 C. elegans17,18,19,20,21의 신진대사, 질병 반응 및 기타 표현형에서 성별에 따른 주요 차이에 대한 증거가 늘어나고 있습니다.

성별 간 대사체 차이의 흥미로운 하위 집합은 동물이 의사소통하는 배설된 작은 분자로 구성됩니다. 최근의 여러 연구에서는 성별에 따른 페로몬의 영향을 받는 다양한 생활사 특성을 설명합니다. 가장 잘 연구된 사례는 거의 동일한 화학 구조(그림 1a)를 갖지만 자웅동체(ascr#3, 1) 또는 수컷(ascr#10, 2)이 풍부한 한 쌍의 아스카로사이드 유도체와 관련됩니다. 생리학적 농도에서 남성 특이적 ascr#10은 자웅동체의 탐색 행동 감소24,25, 생식계열 기능의 개선된 측면26,27,28 및 수명 단축27,29을 포함하여 ascr#323의 효과와 반대되는 효과를 나타냅니다. 최근에 우리는 자웅동체의 수명을 단축시키는 특이한 지방산-아미노산 접합체인 nacq#1(3)을 보고했습니다. 이는 자웅동체의 수명을 단축시켜 남성에 의해 유발되는 사망 현상에 기여합니다. 배설된 화합물19,30,31. 자웅동체 수명을 줄이는 것 외에도 nacq#1은 유충 발달의 마지막 단계를 가속화하여 성적 성숙을 더 빠르게 합니다29.