남성 스테로이드가 말라리아 모기의 여성 성적 행동을 조절합니다.

Nature 608권, 93~97페이지(2022)이 기사 인용

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척추동물과 달리 곤충에는 남성 편향적인 성 스테로이드 호르몬이 부족한 것으로 널리 알려져 있습니다1. 말라리아 모기 Anopheles gambiae에서 엑디스테로이드 20-hydroxyecdysone(20E)은 암컷이 합성할 때 난 발달을 조절하고2 수컷이 성적으로 전달하면 짝짓기 불응성을 유도하도록 진화한 것으로 보입니다3. 알의 발달과 짝짓기는 필수적인 생식 특성이기 때문에 Anopheles 암컷이 이러한 호르몬 신호를 어떻게 통합하는지 이해하면 새로운 말라리아 제어 프로그램 설계에 박차를 가할 수 있습니다. 여기서 우리는 이러한 생식 기능이 엑디스테로이드 활성화/비활성화 효소의 정교한 네트워크를 통해 별개의 성 스테로이드에 의해 조절된다는 사실을 밝힙니다. 우리는 탈인산화에 의한 성적 전달 및 활성화 후 여성의 성적 수용성을 차단하여 친자 관계를 보호하는 남성 특유의 산화된 엑디스테로이드인 3-dehydro-20E(3D20E)를 식별합니다. 특히, 3D20E 전달은 Plasmodium 감염 동안 난자 발달을 보존하는 생식 유전자의 발현을 유도하여 감염된 암컷의 건강을 보장합니다. 여성 유래 20E는 성적 불응성을 유발하지 않지만 대신 20E 억제 키나아제가 억제되면 짝짓기 개체의 산란을 허가합니다. 이 수컷 특유의 곤충 스테로이드 호르몬과 암컷의 성적 수용성, 생식력 및 Plasmodium 기생충과의 상호 작용을 조절하는 역할을 확인하면 말라리아를 옮기는 모기의 번식 성공을 줄일 가능성이 있음을 시사합니다.

인간 말라리아 기생충의 유일한 매개체인 아노펠레스(Anopheles) 모기의 광범위한 살충제 저항성을 비롯한 여러 요인으로 인해 말라리아 사례와 사망자가 다시 한 번 증가하고 있습니다4. 이 모기의 교배 생물학은 암컷이 단 한 번만 교미하기 때문에 새로운 말라리아 통제 개입을 위한 특히 매력적인 목표입니다. 이 단일 교배 이벤트를 불임으로 만드는 것은 들판 모기 개체수를 줄이는 엄청난 잠재력을 가질 것입니다.

여성은 남성으로부터 높은 역가의 스테로이드 호르몬을 받은 후 성적 수용성을 잃습니다. 연구에 따르면 추가 교배에 대한 불응성을 유발하는 요인은 유충 단계에서 탈피 주기 조절제로 더 잘 알려진 스테로이드 호르몬인 20-하이드록시엑디손(20E)3입니다6. 20E를 합성하고 전달하는 수컷의 능력은 특히 아프리카에 거주하고 Anopheles gambiae5를 포함하여 가장 위험한 말라리아 벡터를 구성하는 Cellia 아속7의 Anopheles 종의 하위 집합에서 진화했습니다. 이는 이 종에서 매 혈액 식사 후에 암컷에 의해 20E가 생성되어 20E가 난생주기를 주도하기 때문에 특히 주목할 만합니다(참조 8에서 검토). 그러나 암컷이 자신의 짝짓기 능력을 손상시키지 않으면서 두 가지 다른 엑디스테로이드 소스(수컷 이동 및 수혈 유도)에서 발생하는 신호를 통합하는 방식은 잘 알려져 있지 않습니다. 실제로, 암컷이 생산한 20E에 의해 성적 불응증이 촉발된다면, 이는 처녀 때 혈액을 공급하는 개체에게 불임을 유발할 것이며, 이는 이 모기들 사이에서 매우 흔한 행동입니다5.

가능한 설명은 A. gambiae 수컷이 암컷 생식관에서 신호 전달 계통을 활성화하여 교배 불응성을 유발하는 변형된 수컷 특이적 엑디스테로이드를 전달한다는 것입니다. 그러나 척추동물에는 에스트로겐 및 안드로겐과 같은 다양한 유형의 이형 스테로이드 호르몬이 있는 반면(참고문헌 9에서 검토됨), 우리가 아는 한 곤충에서는 남성 편향 스테로이드가 확인되지 않았습니다.

우리는 성적으로 성숙한 A. gambiae 수컷의 남성 보조샘(MAG)에서 스테로이드 호르몬의 전체 구성을 확인하고 가능한 변형된 스테로이드를 검색하기 시작했습니다. 이전에 사용된 덜 구체적인 방법 대신 직렬 질량 분석법(HPLC-MS/MS)과 결합된 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 이 조직에서 ecdysone(E)과 20E를 검출하여 이전 결과를 확인했습니다. 그러나 샘플은 화학식 3-dehydro-20E-22-포스페이트(3D20E22P)12(그림 1)와 일치하는 산화되고 인산화된 스테로이드에 의해 지배되었습니다. 다른 형태로는 3-디하이드로-20E(3D20E) 및 20E-22-포스페이트(20E22P)가 포함되었습니다. 3D20E22P의 HPLC-MS/MS 신호 강도는 탈인산화된 형태 3D20E보다 2배 더 높았고 E 및 20E보다 3배 더 높았습니다(그림 1). 3D20E22P 또는 3D20E의 수준은 혈액을 공급받은 암컷에서는 발견되지 않았지만 E와 20E(및 낮은 수준의 20E22P)는 예상대로 신체의 나머지 부분과 하부 생식 기관(LRT, 확장 데이터 그림)에서 발견되었습니다. .1a). 우리는 또한 새로 폐쇄된(1일 미만) 남성과 여성의 엑디스테로이드를 프로파일링했으며 MAG에서만 3D20E 및 3D20E22P를 감지했습니다. E, 20E 및 20E22P는 남녀 모두에 존재했습니다 (확장 데이터 그림 1b). 이러한 데이터는 A. gambiae 성체 수컷이 암컷에 의해 합성되지 않는 MAG에서 높은 역가의 변형 호르몬을 생성한다는 것을 보여줍니다.

15% relative abundance were analysed. Quantification was done using standard curves created from either pure standards (20E, 3D20E) to calculate absolute amounts or dilutions of one specific sample (all other targets) to calculate their equivalence to the amount found in one male. For 3D20E, quantification was performed with the sum of the following adducts: [M + TFA]−, [M + COOH]−, [M + Na]+, [M + Cl]−, [M + NO3]−. Data were extracted and quantified using Tracefinder (version 4.1). MS/MS data were analysed using Xcalibur (version 4.4). The MS spectra of E, 20E and 3D20E were compared to respective standards. 3D20E22P was analysed by derivatization with Girard's reagent. 20E22P was analysed by m/z ratio./p>

100 fragments per kilobase of exon per million mapped reads (FPKM) or >85th percentile) in reproductive tissues (female LRT or MAGs) of A. gambiae (step 2). For improved specificity, we selected against candidate enzymes also expressed in the reproductive tissues of A. albimanus, an anopheline species that does not synthesize or transfer ecdysteroids during mating7; candidate genes were filtered on the basis of low expression (<100 FPKM or <85th percentile) in reproductive tissues of A. albimanus (step 3). As a final filter (step 4), candidate genes needed to satisfy at least one of the following: (1) significant upregulation after mating (P < 0.05) according to the analysis of differentially expressed genes and (2) lack of expression in non-reproductive tissues (<85th percentile or <100 FPKM)./p>99%, Cambridge Isotope Laboratories) as the only source of nitrogen. Yeast was recovered by centrifugation and fed ad libitum to mosquito larvae until pupation. Powdered fish food was supplemented (0.5 mg per 300 larvae) to prevent death at the fourth instar stage. Only females were then used in mating experiments with unlabelled males to analyse the male proteome transferred during copulation./p>

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