Мужской стероид контролирует сексуальное поведение самок малярийного комара

Nature, том 608, страницы 93–97 (2022 г.) Процитировать эту статью

13 тысяч доступов

2 цитаты

48 Альтметрика

Подробности о метриках

Широко распространено мнение, что насекомые, в отличие от позвоночных, лишены половых стероидных гормонов, ориентированных на самцов1. У малярийного комара Anopheles gambiae экдистероид 20-гидроксиэкдизон (20E), по-видимому, эволюционировал как для контроля развития яиц, когда он синтезируется самками2, так и для индуцирования рефрактерности к спариванию при передаче половым путем самцами3. Поскольку развитие яиц и спаривание являются важными репродуктивными признаками, понимание того, как самки Anopheles интегрируют эти гормональные сигналы, может стимулировать разработку новых программ борьбы с малярией. Здесь мы показываем, что эти репродуктивные функции регулируются различными половыми стероидами через сложную сеть ферментов, активирующих/инактивирующих экдистероиды. Мы идентифицируем окисленный экдистероид, специфичный для мужчин, 3-дегидро-20E (3D20E), который защищает отцовство, отключая женскую сексуальную восприимчивость после его половой передачи и активации путем дефосфорилирования. Примечательно, что перенос 3D20E также индуцирует экспрессию репродуктивного гена, который сохраняет развитие яиц во время заражения плазмодиями, обеспечивая приспособленность инфицированных самок. 20E женского происхождения не вызывает сексуальную рефрактерность, а вместо этого разрешает откладку яиц у спаренных особей, как только подавляется киназа, ингибирующая 20E. Идентификация этого специфичного для самцов стероидного гормона насекомых и его роли в регулировании сексуальной восприимчивости самок, фертильности и взаимодействии с паразитами Plasmodium предполагает возможность снижения репродуктивного успеха комаров, переносчиков малярии.

Снова растет число случаев малярии и смертность4 из-за ряда факторов, в том числе широко распространенной резистентности к инсектицидам у комаров Anopheles, которые являются единственными переносчиками малярийных паразитов человека. Биология спаривания этих комаров является особенно привлекательной мишенью для новых мер по борьбе с малярией, поскольку самки спариваются только один раз5; Если сделать этот единственный случай спаривания стерильным, это будет иметь огромный потенциал для сокращения популяций полевых комаров.

Женщины теряют сексуальную восприимчивость после получения высоких титров стероидных гормонов от мужчин. Исследования показали, что триггером невосприимчивости к дальнейшему спариванию является 20-гидроксиэкдизон (20E)3, стероидный гормон, более известный как регулятор циклов линьки на личиночных стадиях6. Способность самцов синтезировать и переносить 20E развилась именно у подмножества видов Anopheles из подрода Cellia7, который населяет Африку и включает наиболее опасных переносчиков малярии, включая Anopheles gambiae5. Это особенно примечательно, поскольку у этих видов 20E также вырабатывается самками после каждого приема крови, в результате чего 20E управляет оогенетическим циклом (см. ссылку 8). Однако способ, которым самки интегрируют сигналы, исходящие из двух разных источников экдистероидов (перенесенных самцами и вызванных кровообращением), без ущерба для их собственной способности к спариванию, плохо изучен. Действительно, если бы сексуальная рефрактерность была вызвана 20E, вырабатываемым самками, это привело бы к бесплодию у особей, питающихся кровью девственниц, что является весьма распространенным поведением среди этих комаров5.

Возможное объяснение состоит в том, что самцы A. gambiae переносят модифицированный, специфичный для самцов экдистероид, который активирует сигнальные каскады в репродуктивном тракте самок, что приводит к рефрактерности к спариванию. Однако, хотя у позвоночных есть несколько классов преимущественно диморфных стероидных гормонов, таких как эстрогены и андрогены (обзор приведен в ссылке 9), у насекомых, насколько нам известно, стероиды, ориентированные на самцов, не выявлены.

Мы намеревались определить полный состав стероидных гормонов в мужских добавочных железах (MAG) половозрелых самцов A. gambiae в поисках возможных модифицированных стероидов. Используя высокоэффективную жидкостную хроматографию в сочетании с тандемной масс-спектрометрией (ВЭЖХ-МС/МС), а не менее специфичные методы, использовавшиеся ранее7,10,11, мы обнаружили экдизон (E) и 20E в этой ткани, подтверждая предыдущие результаты. Однако в образцах преобладал окисленный фосфорилированный стероид, соответствующий химической формуле 3-дегидро-20E-22-фосфат (3D20E22P)12 (рис. 1). Другие формы включали 3-дегидро-20Е (3D20E) и 20E-22-фосфат (20E22P). Интенсивность сигнала ВЭЖХ-МС/МС 3D20E22P была на два порядка выше, чем у его дефосфорилированной формы 3D20E, и на три порядка выше, чем у E и 20E (рис. 1). У самок, питающихся кровью, не было обнаружено обнаруживаемых уровней 3D20E22P или 3D20E, хотя E и 20E (и низкие уровни 20E22P) были обнаружены в остальной части тела, как и ожидалось11, и в нижних репродуктивных путях (LRT; рис. расширенных данных). 1а). Мы также профилировали экдистероиды у недавно появившихся самцов и самок (<1 дня) и обнаружили 3D20E и 3D20E22P только в MAG; E, 20E и 20E22P присутствовали у обоих полов (расширенные данные, рис. 1b). Эти данные показывают, что взрослые самцы A. gambiae производят высокие титры модифицированных гормонов в своих MAG, которые не синтезируются самками.