摘要

肾上腺疾病的性别特异性流行早已为人所知。然而,这些疾病在女性中高发病率的原因尚不完全清楚。小鼠研究表明,成年肾上腺在转录组、组织学和细胞更新等不同水平上存在性别差异。在这里,我们使用RNA-seq来表明,在青春期前的小鼠中,雄性和雌性肾上腺不仅在性上具有双重形态,而且对相同的外部刺激也有不同的反应。我们之前报道过肾上腺中的甲状腺激素受体β1(TRβ1)主要表达于内皮质,甲状腺激素(三碘甲状腺原氨酸;T3)治疗可以改变TRβ1-表达细胞群的命运。在本研究中,我们发现青春期前小鼠的肾上腺在转录组水平上具有两性二型性。在T3治疗下,青春期前女性在生理盐水组和T3组之间有1162个基因的差异表达,而在相同年龄的男性中,只有512个基因是T3应答的。免疫染色显示,几个顶端的性二型T3应答基因,包括周期2f2Dhcr24,特异性表达于肾上腺内皮质,正好位于与X区部分重叠的区域。在T3治疗下,围绕肾上腺X区的独特皮质层显著扩张,形成女性特有的独特层。我们的发现发现了新的内肾上腺皮质标记基因,表明束状带中存在不同的亚区。研究结果还强调了小鼠肾上腺对甲状腺激素的性别特异性反应。

肾上腺由三层细胞组成,细胞群不同:被膜、皮质和髓质。皮质本身可以根据组织学特征和功能划分为不同的区域。血统追踪实验表明,肾上腺被膜和外皮质充当干/祖细胞池,不断更新肾上腺皮质(1-3). 因此,肾上腺皮质的分区也反映了每个皮质区细胞之间的年龄差异:年轻细胞位于外皮质,而老年细胞位于内皮质。在人类和小鼠的大脑皮层和髓质之间,有一个发育中的暂时性大脑皮层区,分别称为胎儿区和X区(4). 血统追踪实验表明,X区细胞不同于其他皮层细胞。X区的细胞起源于早期胎儿皮层(5,6)而没有来自分化的外皮层的细胞(Cyp11b2细胞-阳性细胞)有助于X区(). 在小鼠中,X区20α-羟基类固醇脱氢酶(20αHSD,由阿克1c18)在10至14日龄时,其组织学表现明显。20αHSD阳性X区在其开始退化前的前3周随着20αHSD-基因表达的增加而扩大(7,8). 在雄性小鼠中,X区在出生后第40天之前完全退化,而在雌性小鼠中,在第一次怀孕期间X区消失(4).

虽然很明显,性激素控制着X区退化的两性异形,但X区和束状带中相邻皮质细胞之间的联系尚不完全清楚。有趣的是,在X区已经退化的成年雄性小鼠中,通过阉割可以恢复第二个X区(7). 此外,对构成性PKA激活小鼠模型的研究表明,成年皮层可以转变为“胎儿样”区(9,10). 甲状腺激素受体β1报告鼠系的数据(Thrb1-LacZ公司小鼠)表明,最内侧的“成人”皮层与X区具有类似的特征:两个区域的细胞TRβ1阳性,并对甲状腺激素(三碘甲状腺原氨酸;T3)治疗有反应,这导致20αHSD阳性X区肥大(8). 尽管在雄性小鼠中,随着X区的消退,TRβ1在最内侧的成年皮层中的表达消失,但在X区消退后,TRα1阳性区在雌性小鼠中持续存在。X区回归后的性二型TRβ1表达表明,在小鼠肾上腺皮质中可能存在不同的细胞群,导致了小鼠肾上腺的性二形性。

在本文中,我们使用免疫组织化学和RNA-seq来评估雄性和雌性小鼠肾上腺之间T3介导的反应的差异。几个标记基因被鉴定,表明肾上腺内皮质存在不同的亚区。

材料和方法

动物

C57BL/6J小鼠被安置在12:12小时的光-暗循环中,可以自由享用常规啮齿动物的食物和水。每个阶段/实验组检查3至5只动物。分别对雄性和雌性小鼠进行检查。将1μg T3溶于30μL盐水中的T3处理小鼠皮下注射,每日一次,持续10天(8,11)从出生后第15天或第25天开始。对照组小鼠注射30μL生理盐水。为了验证T3治疗的生理反应,使用定量逆转录酶-聚合酶链反应(qRT-PCR)检测垂体的负反馈Tshb公司男性减少了170倍,女性减少了33倍(T3 vs生理盐水;P<0.01).周期2f2-补充图中显示的无效小鼠(12)使用C57BL/6衍生胚胎干细胞生成,并保持在C57BL-6背景下(13). 所有程序均遵循奥本大学和亚利桑那大学动物护理和使用委员会批准的方案。

免疫组织化学

使用4%多聚甲醛的磷酸盐缓冲盐水(PBS)在4°C下固定肾上腺4小时或过夜,并在PBS中冲洗3×10分钟。样品嵌入石蜡中,用于切片机切片,厚度为4μm。将石蜡包埋切片脱蜡,并在100%、95%和70%乙醇中再水化,然后在PBS中。在微波炉中煮沸0.1 mM柠檬酸(pH 6.0)中预处理载玻片8分钟。在用封闭缓冲液(2%正常驴血清和0.1%吐温20)预孵育后,用一级抗体(3βHSD,RRID:AB_2722746)孵育切片(14), 1:250; DHCR24,RRID:AB_2832944,1:100(15); 酪氨酸羟化酶,RRID:AB_628422(16), 1:1000; CYP2F2,RRID:AB_10987684(17), 1:250; SPP1,RRID:AB_2194997(18), 1:250; 20αHSD,RRID:AB_2832957(19), 1:500; 20αHSD,RRID:AB_2832956(20), 1:500). CYP2F2抗体的特异性用周期2f2-空白小鼠(补充图A)(12). 对于双重染色,2个一级抗体在4°C下共同孵育过夜,然后在室温下与适当的二级抗体孵育1小时。对于CYP2F2、DHCR24和SPP1抗体,用亲和素-生物素过氧化物酶复合物进一步培养切片10分钟,并使用荧光酪胺放大信号(TSA试剂盒,PerkinElmer)。对于用DHCR24双重染色的CYP2F2,如所示图3D,DHCR24用于第一轮染色,然后进行微波剥离步骤,然后使用CYP2F2进行另一轮染色(21). 使用ECHO Revolve4显微镜获得荧光图像。图像J(网址:http://rsb.info.nih.gov/ij/)用于调整亮度、对比度、方向和通道合并。每个肾上腺至少检查3个相距4μm或更远的切片。每组至少分析3只小鼠的3种肾上腺。

RNA提取、RNA-seq文库制备和测序

根据制造商的说明,使用Monarch Total RNA Miniprep Kit(新英格兰生物实验室)从整个肾上腺提取总RNA。每个确定的条件、治疗和性别都包含2个生物复制品。每个生物复制品包括3只小鼠的肾上腺。每种情况共包括6只小鼠。简单地说,将3只小鼠的肾上腺置于1xRNA保护试剂中,使用电池供电的均质器机械均质30秒,并作为1个生物复制品处理。用试剂盒中提供的DNaseI处理匀浆。然后在50μL洗脱缓冲液中洗脱总RNA。总RNA被送往Novogene Life Sciences Co.,Ltd.进行PE150 mRNA-seq服务。所有通过质量控制的样品(浓度>25纳克/µL,RIN≥7.7)用于文库制备和以下mRNA测序。修剪后的读数与UCSC mm10参考基因组对齐。每个样本至少有4300万个唯一映射读取。

RNA-seq生物信息学分析

使用R/Bioconductor包DESeq2(1.26.0)中的正则对数(rlog)变换对读取计数数据进行标准化(22). 然后将rlog归一化计数用于主成分分析和层次聚类。对于差异表达分析,使用大小因子根据测序深度调整原始读数。微分表达式使用DESeq2中实现的负二项广义线性模型执行。为了比较T3诱导的基因在男性和女性中的表达,我们使用DESeq2进行了3个单独的差异表达分析。在前2次分析中,分别对雄性和雌性小鼠的T3和盐水治疗效果进行了比较。在第三次分析中,通过DESeq2模型中的交互作用项捕捉到了性别之间对T3治疗的反应差异。错误发现率(FDR)小于0.05的基因被认为具有统计学意义。为了进行染色体连锁分析,通过Fisher精确检验评估了与肾上腺表达基因相比,性二型基因、女性偏侧基因和男性偏侧基因的超表达染色体。过度代表的染色体由标称值决定P(P)值低于0.05或更为保守的基于Bonferroni的标称阈值(调整多染色体比较)2.27×10–323 152个肾上腺表达基因被用作群体基因集。使用g:Profiler分析GO富集分析(23)和R中clusterProfiler包(3.16.0)中的enrichGO函数(24)带有P<0.05作为截止值。维恩图是使用免费的在线工具VENNY和Meta-Chart创建的(25,26). NIH Figshare上提供了原始RNA-seq数据(读取计数,补充表1)(27).

定量RT-PCR分析

使用TRIzol试剂(Life Technologies)从整个肾上腺中分离出总RNA。对于定量RT-PCR(qRT-PCR),使用200 U Superscript IV逆转录酶(Invitrogen)、50μM寡核苷酸(dT)逆转录总RNA(1μg),总体积为20μL20、10 mM脱氧-NTP和40 U核糖核酸酶抑制剂(Invitrogen)。将所得cDNA用无核水稀释30倍。在随后的PCR反应中使用3μL稀释的cDNA。所有引物均使用NCBI上的核苷酸序列和工具设计和/或验证(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast网站/). 底漆列于表1每个qPCR反应由2×Power SYBR Green PCR Master Mix(Thermo Fisher)、0.5μM正向和反向引物以及总体积为20μL的cDNA组成。使用qTOWER进行qPCR反应G(Analytik Jena AG)40次循环(95℃15秒,60℃30秒,72℃30秒)。使用相对标准曲线计算相对基因表达Actb公司作为对照。每个数据点是3个或更多生物复制的平均值。

表1。

定量RT-PCR引物清单

基因名称加入号码放大器(bp)底漆套件(正向和反向)外显子靶点
(前进/后退)
Actb公司NM_007393号149ATGGAGGGATACAGCCC公司
TTCTTTGCAGCTCCTTGTT公司
1/2
阿克1c18NM_134066.3200GATAGGCCAGGCCATTCTAAGC公司
CATTCCCTGGCTTCAGAGACAC公司
2/3,4
派克3c2g纳米_207683.3221CCATTTTGGACCCAGGTGA公司
GGGTCAGTCATTTTGGAACA公司
21/23
周期2f2NM_007817.2号162AAGTGCAACGCTTTGCTGAC
TGAACTCCTGAGGCGTCTTG
8/9
Tshb公司NM_001165939.1号187CCTGACCATCACACACCA公司3/4
TATGGCGAGAGAGAGA公司
基因名称加入号码放大器(bp)底漆套件(正向和反向)外显子靶点
(前进/后退)
Actb公司NM_007393号149ATGGAGGGATACAGCCC公司
TTCTTTGCAGCTCCTTGTT公司
1/2
阿克1c18NM_134066.3200加塔格加塔格
CATTCCCTGGCTTCAGAGACAC公司
2/3,4
3克2克NM_207683.3号221CCATTTTGGACCCAGGTGA公司
GGGTCAGTCATTTTGGAACA公司
21/23
周期2f2NM_007817.2号162AAGTGCAACGCTTTGCTGAC
TGAACTCCTGAGGCGTCTTG
8/9
Tshb公司NM_001165939.1号187CCTGACCATCACACACCA公司3/4
TATGGCGAGAGAGAGA公司
表1。

定量RT-PCR引物清单

基因名称加入号码放大器(bp)底漆套件(正向和反向)外显子靶点
(前进/后退)
Actb公司NM_007393号149ATGGAGGGATACAGCCC公司
TTCTTTGCAGCTCCTTGTT公司
1/2
阿克1c18NM_134066.3200GATAGGCCAGGCCATTCTAAGC公司
CATTCCCTGGCTTCAGAGACAC公司
2/3,4
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GGGTCAGTCATTTTGGAACA公司
21/23
周期2f2NM_007817.2号162AAGTGCAACGCTTTGCTGAC
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8/9
Tshb公司NM_001165939.1号187中央司令部3/4
TATGGCGAGAGAGA公司
基因名称加入号码放大器(bp)底漆套件(正向和反向)外显子靶点
(前进/后退)
Actb公司NM_007393号149ATGGAGGGATACAGCCC公司
TTCTTTGCAGCTCCTTGTT公司
1/2
阿克1c18NM_134066.3200GATAGGCCAGGCCATTCTAAGC公司
CATTCCCTGGCTTCAGAGACAC公司
2/3,4
3克2克NM_207683.3号221CCATTTTGGACCCAGGTGA公司
GGGTCAGTCATTTTGGAACA公司
21/23
周期2f2NM_007817.2号162AAGTGCAACGCTTTGCTGAC
TGAACTCCTGAGGCGTCTTG
8/9
Tshb公司NM_001165939.1号187CCTGACCATCACACACCA公司3/4
TATGGCGAGAGAGA公司

结果

青春期前小鼠性二型肾上腺

尽管有报道称啮齿类动物的肾上腺在转录组水平上具有两性二型性,但大多数研究都集中在成年动物身上(28-30). 在转录组水平上,青春期前小鼠肾上腺的性别二型性仍不清楚。这里,使用配对RNA-seq对P35小鼠肾上腺转录组进行测序。用生理盐水或T3从P25到P35处理小鼠。主成分分析表明,所有重复都是紧密分组的,不同组之间的距离很好(图1A). 非监督聚类分析表明,除盐处理雄性外,盐处理雌性与T3处理雄性、T3处理雌性聚集在一起(图1B). 在盐处理组中,差异表达分析确定了344个在男性肾上腺中转录丰度较高的基因(雄性成虫基因),而555个基因被确定为雌性成虫基因(图1C和补充表2(31)). 集群热图(图1D)结果表明,雌性成虫基因可进一步聚类为2组。X区制造者基因阿克1c18派克3c2g前2个基因聚集在同一组中。这些性富集基因的染色体分布表明,性二型基因主要位于常染色体上(图1E). 共有19个雄性成虫基因(占344个雄性成瘾基因的5.52%)和22个雌性成虫基因,占555个雌性成瘾者基因的3.96%,而在所有肾上腺表达基因中,923个是性染色体连锁基因(占23152个肾上腺表达基因的3.99%)。当考虑到高代表性染色体时,性二型基因,特别是男性偏态基因,在Y染色体上显著富集,在9号染色体上有额外的高代表性位点(表2). 一项对女性成虫基因的分析显示,16号染色体上的基因丰富,证实性二型转录物的浓度可能同时存在于性染色体和常染色体上(32). 基因本体富集分析表明,男性偏爱基因和女性偏爱基因表现出不同的GO富集(图1F),前10个重要GO术语中只有一个是共同的。

青春期前性二型肾上腺转录体。(A) 男性和女性T3/生理盐水治疗表达模式的主成分分析。(B) 所有8个样本的层次聚类。缩写:MS,雄性生理盐水;FT,女性T3;FS,雌性生理盐水;MT,男T3。(C) 散点图显示了盐处理组中不同性别的差异表达基因。(D) 盐处理组中男性偏倚基因(344个基因)和女性偏倚的基因(555个基因)的聚类热图。右边列出了每种性别前30个性别偏见基因(红色表示女性偏见基因;蓝色表示男性偏见基因),并根据折叠变化(FC)进行排序。仅列出平均FPKM大于10的基因。请注意,女性偏爱基因分为两组。(E) 344个雄性成虫基因和555个雌性成虫基因的染色体分布。(F) 雄性和雌性成虫基因顶端生物过程的GO富集分析。
图1。

青春期前性二型肾上腺转录体。(A)男性和女性T3/生理盐水治疗表达模式的主成分分析。(B)所有8个样本的层次聚类。缩写:MS,雄性生理盐水;FT,女性T3;FS,雌性生理盐水;MT,男T3。(C)散点图显示了盐处理组中不同性别的差异表达基因。(D)盐处理组中男性偏倚基因(344个基因)和女性偏倚的基因(555个基因)的聚类热图。右边列出了每种性别前30个性别偏见基因(红色表示女性偏见基因;蓝色表示男性偏见基因),并根据折叠变化(FC)进行排序。仅列出平均FPKM大于10的基因。注意,偏向女性的基因被分为两组。(E)344个雄性成虫基因和555个雌性成虫基因的染色体分布。(F)雄性偏向基因和雌性偏向基因的顶级生物学过程的GO富集分析。

表2。

性二型基因、男性偏异性基因和女性偏异性基因在1到3倍变化阈值下的过度代表染色体P(P)Fisher精确检验确定的值(P<0.05)

性别二型基因(全部)雄性成虫基因女性偏爱基因
折叠更改染色体P(P)价值染色体P(P)价值染色体P(P)价值
>1chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型第16章1.18E-03号机组
chr16系列1.75E-02号机组chr9公司2.91E-02年
>2chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型-
>3chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型-
性别二型基因(全部)雄性成虫基因女性偏爱基因
折叠更改染色体P(P)价值染色体P(P)价值染色体P(P)价值
>1chrY公司2.64E-04型克莱斯勒2.65E-06型chr16系列2003年1月18日
chr16系列1.75E-02号机组chr9公司2.91E-02年
>2chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型-
>3chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型-
表2。

性二型基因、男性偏异性基因和女性偏异性基因在1到3倍变化阈值下的过度代表染色体P(P)Fisher精确检验确定的值(P<0.05)

性别二型基因(全部)雄性成虫基因女性偏爱基因
折叠更改染色体P(P)价值染色体P(P)价值染色体P(P)价值
>1chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型chr16系列1.18E-03号机组
chr16系列1.75E-02号机组chr9公司2.91E-02年
>2chrY公司2.64E-04型chrY公司2006年5月26日-
>3chrY公司2004年4月26日chrY公司2.65E-06型-
性别二型基因(全部)雄性成虫基因女性偏爱基因
折叠更改染色体P(P)价值染色体P(P)价值染色体P(P)价值
>1chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型chr16系列1.18E-03号机组
chr16系列1.75E-02年chr9公司2.91E-02年
>2chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型-
>3chrY公司2.64E-04型chrY公司2.65E-06型-

T3处理下雄性和雌性小鼠的差异表达分析

然后我们比较了男性和女性的T3介导效应。从数值上讲,雌性小鼠的T3应答基因明显多于雄性小鼠(1162个基因vs 512个基因,图2A2B型). 在两性中,大多数T3应答基因在T3治疗下上调(男性91.4%,女性71.5%)。至于女性偏爱的基因(如红色圆圈所示,图2B),其中44.0%对T3有反应,而只有17.4%的男性配对基因(蓝色圆圈中显示)对T3反应(图2B). GO分析表明,男性和女性的T3应答基因具有相似的顶级生物过程,包括有机羟基化合物代谢过程、脂肪酸代谢过程和类固醇激素代谢途径(图2C).

T3对肾上腺转录组的影响。(A) 男性和女性T3应答基因的散点图。红点表示在错误发现率<5%时具有统计学意义的基因。在两性中,大多数T3应答基因在T3治疗下上调(男性91.4%,女性71.5%)。(B) 维恩图比较了男性和女性中男性偏爱基因、女性偏爱基因和T3应答基因的数量。橙色区域代表既有T3反应又有性别偏见的基因。(C) 男性和女性T3应答基因的GO分析。(D) 簇状热图表示每种性别在T3处理下基因表达的倍数变化(与同性盐处理组相比)。男性(蓝色星号)或女性(红色星号)的基因被鉴定为T3应答基因,右侧有星号。雄性和雌性成虫基因分别用蓝色和红色表示。请注意,所有8个样本中FPKM均低于1的基因被视为低表达基因,未在热图上列出。甲羟戊酸途径的关键酶和调节器用橙色长方形框住。缩写:MS,雄性生理盐水;FT,女性T3;FS,雌性生理盐水;MT,男T3。
图2。

T3对肾上腺转录组的影响。(A)男性和女性T3应答基因散点图。红点表示具有统计意义的基因,错误发现率<5%。在两性中,大多数T3反应基因在T3治疗下上调(男性为91.4%,女性为71.5%)。(B)维恩图比较了男性和女性中男性偏爱基因、女性偏爱基因和T3应答基因的数量。橙色区域代表T3反应和性别偏见基因。(C)男性和女性T3应答基因的GO分析。(D)簇状热图表示每种性别在T3处理下基因表达的倍数变化(与同性盐处理组相比)。男性(蓝色星号)或女性(红色星号)的基因被鉴定为T3应答基因,右侧有星号。雄性和雌性成虫基因分别用蓝色和红色表示。请注意,所有8个样本中FPKM均低于1的基因被视为低表达基因,未在热图上列出。甲羟戊酸途径的关键酶和调节器用橙色长方形框住。缩写:MS,雄性生理盐水;FT,女性T3;FS,雌性生理盐水;MT,男T3。

聚类热图显示不同基因组中的基因(9)具有独特的T3响应趋势(图2D). 例如,7个与祖细胞生长/发育相关的基因,如编号0b1重量4被T3治疗抑制,而Mrap公司第2部分在T3处理下诱导。女性中参与类固醇生成的基因大多没有改变或下调,除了Ldlr公司,其在两性中均被T3上调。在T3治疗下,参与儿茶酚胺合成的三个基因下调,表明髓质嗜铬细胞可能直接对T3产生反应,这可能由肾上腺髓质中TRβ1的表达支持(8). 甲状腺激素信号相关基因在T3治疗下均上调,除特拉,保持不变。有趣的是,在胆固醇合成基因集中,几乎所有参与甲羟戊酸途径的关键酶和调节因子(如图2D)在T3处理后聚集并强烈上调。

肾上腺内皮质中表达了许多性二型T3反应基因

为了进一步了解性别如何影响T3介导的肾上腺作用,我们通过将相互作用纳入DESeq2分析,分析了小鼠性别与T3介介导作用之间的相互作用(22). 共有104个基因(补充表2(31))在T3治疗后,表现出雄性和雌性之间的性二型反应。在这些性二型T3反应基因中,有77个在男性中的反应比女性更强烈。集群中的9个基因在经盐处理的雄性中的表达非常低,在T3处理下显著诱导(>15倍)(图3A). 两个先前发表的X区标记基因,阿克拉18派克3c2g(7,33),在该组中聚集,并且是整个列表中的前10个基因之一(图3B). 最近发现的内皮层标记基因,跳动(8),也在列表中,但与不在同一群集中阿克1c18(编码20αHSD)和派克3c2g由于TRβ1仅与X区标记物20αHSD部分共定位(8),我们用免疫染色法检测了一些主要候选基因阿克1c18派克3c2g聚类以确定其细胞表达模式。有趣的是,除了阿克1c18派克3c2g簇在肾上腺内皮质也有特异表达。然而,不同标记基因的空间表达模式不同。例如,CYP2F2、SPP1和DHCR24在与X区标记基因20αHSD部分共定位的内皮层中表达(图3C). CYP2F2和DHCR24的双重染色表明,这两个新鉴定的标记基因仅部分共定位(图3D). 在正常条件下,在没有T3处理的情况下,CYP2F2(+)区比DHCR24(+)区厚,并且存在DHCR24(+);围绕20αHSD(+)X区的20αHSD-区。这一发现支持了这样一种观点,即内皮质中存在不同类型的肾上腺皮质细胞(34),导致束状带中至少有3个同心亚带(图3E).

识别束状带亚区的性二型T3反应基因。(A) 性二型T3应答基因的热图(共104个基因)。左侧面板:聚集的热图显示了每种性别在T3治疗下的折叠变化。注意,大多数T3反应基因在男性中的反应比女性更强。右边的heatmap显示了聚集heatmap上每个基因对应的FPKM。注意,盐处理雄性中FPKM较低的大多数基因也被分组在一起(绿色框中)。(B) 列出了平均FPKM值大于15的性二型T3应答基因。图中显示了log2(T3下的折叠变化)在雄性和雌性之间的折叠变化。负值表示女性比男性对T3反应更强的基因。基因根据调整后的P值(P-adjust)排序。3A框中的基因簇以绿色突出显示。(C) CYP2F2、SPP1和DHCR24在P35雌性小鼠(P25-P35 T3治疗)的肾上腺内皮质中特异性表达。(D) CYP2F2、DHCR24和X区标记物20αHSD在未经治疗的成年雌性小鼠中部分共定位。在P21时,在男性和女性中也发现了类似的模式(数据未显示)。oc,外皮层。我,迈尔。DAPI(蓝色,细胞核)。比例尺,100μm。(E) 束状带可分为3个同心亚带。
图3。

识别束状带亚区的性二型T3反应基因。(A)性二型T3应答基因的热图(共104个基因)。左侧面板:聚集的热图显示了每种性别在T3治疗下的折叠变化。注意,大多数T3反应基因在男性中的反应比女性更强。右边的heatmap显示了聚集heatmap上每个基因对应的FPKM。注意,盐处理雄性中FPKM较低的大多数基因也被分组在一起(绿色框中)。(B)列出了平均FPKM值大于15的性二型T3应答基因。原木的褶皱变化2显示了雄性和雌性之间的(T3下的折叠变化)。负值表示女性比男性对T3反应更强的基因。基因按照调整后的顺序排列P(P)值(第页-调整)。集群中的基因装箱3A级以绿色突出显示。(C)CYP2F2、SPP1和DHCR24在P35雌性小鼠(P25-P35 T3治疗)的肾上腺内皮质中特异性表达。(D)CYP2F2、DHCR24和X区标记物20αHSD彼此部分共定位,如未经处理的未产仔成年雌性小鼠所示。在第21页,男性和女性也发现了类似的模式(数据未显示)。oc,外皮层。我,髓质。DAPI(蓝色,细胞核)。比例尺,100μm。(E)束状带可分为3个同心亚带。

肾上腺内皮质CYP2F2的性别差异表达

然后,我们对顶部性二型T3应答基因CYP2F2进行了彻底的表达谱分析,该基因具有最显著的调节P(P)在104个性二型T3应答基因列表中的价值。出生后早期,男性和女性肾上腺中CYP2F2的细胞分布相似(图4). 早在出生后第1天(P),CYP2F2(+)细胞就在两性肾上腺髓质周围的内皮质中发现。CYP2F2(+)结构域随后被明确定义,并早在P15时就形成了一个清晰的“区”,在此之前建立了一个明确的20αHSD(+)X区(图4A). CYP2F2(+)种群的性二型模式在P32变得明显。在雄性中,CYP2F2(+)细胞的数量在P28和P32之间下降,然后在P35中检测不到(图4A). 在女性中,CYP2F2的表达持续到成年,甚至在怀孕后也是如此(图4B). 虽然CYP2F2(+)结构域位于内皮层,并且在20αHSD(+)X区消失后不久,其在雄性中的表达量下降,但CYP2F2的总表达时间与20αHSD4不同。qRT-PCR结果进一步支持了以下事实:周期2f2表达与2个X区标记基因不同,阿克1c18派克3c2g,均在P21升高(图4C)与P15和P28附近年龄组相比。双重免疫染色显示在20αHSD(+)X区有一个厚的CYP2F2(+)结构域,导致CYP2F2(+);CYP2F2(+)周围的20αHSD(-)区;20αHSD(+)X区(图5). 这种独特的CYP2F2表达模式在所有含有X区的肾上腺中发现,进一步证实束状带中有独特的皮质细胞群,与X区有一些相似之处。与正常肾上腺相似阿克1c18无鼠标(7)中的X区域周期2f2空白小鼠的形成和退化与野生型小鼠相同(补充图A)(12). 由皮质标记基因3βHSD和髓质标记基因酪氨酸羟化酶检测的突变肾上腺的整体组织结构在两性中的P21和P35处也与野生型相似(补充图B)(12).

新的内皮层标记基因CYP2F2的性二型表达。(A) 用CYP2F2(绿色)和20αHSD(红色)抗体对P1、P7、P15、P21、P28、P32和P35的肾上腺进行免疫染色。DAPI(蓝色,细胞核)。比例尺,100μm。(B) 还分析了产下和未产下的小鼠(2.5至3个月大)。C、 qRT-PCR结果显示Cyp2f2和X区标记基因(Akr1c18和Pik3c2g)的相对表达水平。星号表示P21与附近两个年龄组P15和P28比较的P值。
图4。

新的内皮层标记基因CYP2F2的性二型表达。(A)用CYP2F2(绿色)和20αHSD(红色)抗体对P1、P7、P15、P21、P28、P32和P35的肾上腺进行免疫染色。DAPI(蓝色,细胞核)。比例尺,100μm。(B)还分析了产下和未产下的小鼠(2.5至3个月大)。C、,qRT-PCR结果显示周期2f2和X区标记基因(阿克1c18派克3c2g). 星号表示P(P)P21与附近两个年龄组P15和P28的比较值。

CYP2F2和20αHSD的部分共定位。(A和B)CYP2F2的表达(绿色)。(C和D)20αHSD的表达(红色)。(E和F)将CYP2F2和20αHSD的图像与DAPI(蓝色,细胞核)合并。(G和H)显示CYP2F2(+)的放大图像;20αHSD(-)区和CYP2F2(+);20αHSD(+)X区;缩写:ic,内皮层;我,髓质;oc,外皮层。比例尺,100μm。
图5。

CYP2F2和20αHSD的部分共定位。(A和B)CYP2F2的表达(绿色)。(C和D)20αHSD的表达(红色)。(E和F)将CYP2F2和20αHSD的图像与DAPI(蓝色,细胞核)合并。(G和H)显示CYP2F2(+)的放大图像;20αHSD(-)区和CYP2F2(+);20αHSD(+)X区;缩写:ic,内皮层;我,髓质;oc,外皮层。比例尺,100μm。

性二型T3诱导的成人最内层带肥大

为了了解新鉴定的CYP2F2(+)细胞群对T3治疗的反应,从P15或P25每天给小鼠注射T3,持续10天。T3治疗后,P15-P25治疗组雄性和雌性大鼠的20αHSD(+)X区和CYP2F2(+)区均扩张(图6A). 与T3治疗阻止X区回归的报告类似(8),经过10天T3治疗后,P35雄性大鼠的CYP2F2(+)结构域也保持不变(图6B). 尽管CYP2F2(+)结构域对T3处理在两性肾上腺中都有反应,但在女性中比男性扩张得多,导致20αHSD双重染色时出现不同的模式。值得注意的是,在女性肾上腺的P25和P35处,始终存在CYP2F2(+);CYP2F2(+)周围的20αHSD(-)区;20αHSD(+)面积(图6A6亿). 然而,在男性中,T3介导的肾上腺内皮质作用仅导致单一CYP2F2(+);20αHSD(+)结构域。在使用传统肾上腺皮质标记基因(包括3βHSD、SF1和AKR1B7)检测的肾上腺中,这种性二型T3反应不易识别(图6C; 仅显示了3βHSD的数据)。

T3对内部皮层命运的影响。左侧显示了用T3或生理盐水治疗小鼠的周期和分析日期。(A) 在P25,为期10天的T3治疗导致内皮层扩张。(B) 在P35,为期10天的T3治疗延长了雄性大鼠内皮层的存在时间,并导致两性大鼠内皮质的扩张。(C) 如果检查3βHSD(+)细胞和酪氨酸羟化酶(+)的组织学分布,T3介导的反应的性别差异不太显著。DAPI(蓝色)标记细胞核。比例尺,100μm。
图6。

T3对内皮层命运的影响。左侧显示了用T3或生理盐水治疗小鼠的周期和分析日期。(A)在P25,为期10天的T3治疗导致内皮层扩张。(B)在P35,为期10天的T3治疗延长了雄性大鼠内皮层的存在时间,并导致两性大鼠内皮质的扩张。(C)如果检查3βHSD(+)细胞和酪氨酸羟化酶(+)的组织学分布,T3介导的反应的性别差异不太显著。DAPI(蓝色)标记细胞核。比例尺,100μm。

讨论

在这项研究中,我们证明了肾上腺在转录组水平上甚至在青春期之前就具有两性二型性。然后我们在小鼠肾上腺中鉴定了性二型T3反应基因。已知所有3个基因均在肾上腺内皮质特异表达(阿克1c18,派克3c2g、和跳动)都在名单上。一些顶部的性二型T3反应基因也在大脑皮层中特异表达。这些新识别的内皮层标记基因的部分共定位表明束状带可以进一步划分为不同的同心亚区。T3治疗的结果表明,肾上腺内皮质可以以性别特异性的方式对相同的外部提示做出反应。

据报道,在小鼠的几个器官中,包括大脑、肝脏、肾脏、骨骼肌,甚至肾上腺,都存在生殖器外性二型性(32,35-39). 在最近的一篇综述中,Levasseur等人总结了影响肾上腺性别二型性的机制的最新进展(40). 目前对肾上腺性二型性的认识主要集中在雄激素控制和雄激素受体下游的机制上。El Wakli及其同事利用微阵列进行了一项全基因组研究,以比较两性成年小鼠肾上腺的基因表达谱(29). 该研究还考察了去势和睾酮治疗的效果。在他们分析的4种情况中(假男性、假女性、去势男性、睾酮治疗女性),71个基因被鉴定为差异调节基因。在我们确定的104个性二型T3应答基因中,只有13个基因被发现。这种差异表明,除了性腺激素外,年龄和T3等其他因素也可能导致肾上腺的性二型性。从我们的研究来看,独特的CYP2F2(+);T3治疗下雌性大鼠的20αHSD(-)区进一步表明,X区的存在可能不是导致小鼠肾上腺性二型性的唯一因素。事实上,早在胚胎期14.5天,即X区形成之前的一个阶段,第17周期在男性肾上腺中弱表达,但在女性肾上腺中高表达(41). 此外,在肾上腺没有X区的大鼠等物种中,性腺切除术加/不加性激素替代可能导致肾上腺在转录组水平上存在明显的性别相关差异(30).

由于它不仅受血浆T3浓度的控制,甲状腺激素信号的细胞控制或局部调节也可能受到许多因素的影响,包括甲状腺激素受体、转运体和脱碘酶(42). 许多研究表明,甲状腺激素的局部激活或失活可导致发育过程中的结构和/或功能改变(43). 尽管青春期前啮齿动物的血清总T3、T4和TSH在雄性和雌性之间没有显著差异,但性二型T3的作用可能是由于T3含量的局部控制所致(44). 人们注意到许多物种对T3的性别特异性反应在不同水平上(44-46). 尽管需要进一步研究才能完全阐明其潜在机制,但据报道,1型脱碘酶的表达(迪奥1)它将甲状腺激素转化为活性或非活性形式,可由许多组织中的性激素调节(47,48). 虽然我们的数据显示迪奥1和2型脱碘酶(迪奥2)在我们分析的肾上腺中没有积极表达(无论是生理盐水还是T3治疗,FPKM<1),3型脱碘酶(迪奥3)被确认为肾上腺表达(图2C)尤其是在T3治疗下(T3治疗组男性的平均FPKM为10.67,而T3治疗的女性为1.41)。尚不清楚肾上腺中的性二型T3反应是否是由于差异表达迪奥3T3的局部失活。然而,有趣的是,许多参与甲状腺激素信号传导的分子,包括甲状腺激素受体(TRβ1)和转运体(MCT8),也在肾上腺内皮质表达(8,49). 由于跳动性二型(图1D)T3有反应(图3B)甲状腺激素受体可能不仅直接介导局部T3反应(50)而且还通过现场脱碘酶驱动性二型T3反应。我们的数据,包括在T3治疗下胆固醇合成和类固醇生成相关的差异表达基因的发现,也表明甲状腺激素信号可能在某些情况下导致肾上腺激素的性二型水平(51).

CYP2F2(+)的性别特异性T3反应的发现;20αHSD(-)区表明肾上腺皮质中的一组特定细胞以性别特异的方式对相同的外部线索作出反应。Grabek等人最近报道了肾上腺皮质细胞的性二型反应,他们表明肾上腺被膜的细胞增殖和细胞募集在女性中活跃,但在男性中受到抑制(52). 他们报告说,这种差异是由男性荷尔蒙抑制Gli1公司(+)被膜中的干细胞,在雄性肾上腺中只留下一个祖细胞室。而女性肾上腺仍有两种不同的细胞群,因此组织更新更快。在我们的RNA-seq研究中,小鼠接受了从P25到P35的T3治疗。自从B6小鼠青春期开始以来,大约发生在P32(53),有可能受到性成熟的影响。然而,在P15到P25期间,两性的睾酮水平保持相似(54),因此来自P15-P25组的免疫染色结果表明,除了睾酮之外,可能还有一个或多个因素有助于性二型T3反应。

除了肾上腺,周期2f2在肺、肝和嗅粘膜中高度表达(55,56). 使用敲除小鼠模型的研究表明周期2f2-介导的氧化代谢是细胞毒性和致瘤性机制中的关键事件(13,57,58).周期2f2缺乏降低CYP2F2毒性底物攻击小鼠的肺细胞增殖(57,59). 尽管周期2f2被确定为顶级性二型T3应答基因,不太可能周期2f2在肾上腺发育过程中,是一种主要的调节因子,既不驱动性二型性,也不驱动细胞命运周期2f2全基因敲除小鼠生长发育正常(13). 事实上,我们发现周期2f2不会影响X区的形成和回归。正常肾上腺周期2f2全球基因敲除小鼠表明塞浦路斯2可能只是一个下游基因阿克1c18这反映了T3介导的组织学变化的结果。有趣的是,周期2f2据报道,在多种条件下,肾上腺中存在差异表达基因(29,60-62). 基于肾上腺皮质向心更新和周期2f2在大脑皮层内部,我们假设周期2f2可能被用作肾上腺皮质细胞衰老的标记基因。

我们的数据显示,许多祖细胞亚群,包括深1,Rspo3号机组,重量4和典型Wnt应答基因轴2,在T3治疗下下调。核受体编号0b1(编码DAX-1),在女性肾上腺中高度表达(29,63)已知是肾上腺发育的关键转录因子(64,65)也在T3治疗下下调。类似编号0b1,其他因素包括编号5a1,Mrap公司,在我们的研究中也被鉴定为性别偏见基因。尽管这些因素中没有一个超过统计阈值,并被确定为性二型T3应答基因,但这些T3应答、性别偏向的祖细胞室仍然可能是导致T3介导性二型性的上游因素。

总之,我们已经证明,青春期前小鼠的肾上腺在转录组水平上具有性二型性,并且表明,除性激素和X区外的其他因素也可能导致小鼠肾上腺的性二型。肾上腺内皮质的性二型T3反应支持这样的观点,即男性和女性肾上腺对同一外部线索的反应可能不同。我们的数据还鉴定了几个内皮质标记基因,表明并非所有肾上腺内皮质的肾上腺皮质细胞都是相同的。小鼠肾上腺束状带可进一步划分为独特的亚区。有趣的是,这些标记基因的表达模式是部分共定位的。这些基因的过渡性表达模式支持这样一种观点,即肾上腺皮质细胞在从外皮质向内皮质迁移时正在分化。

缩写

    缩写
     
  • 20αHSD

    20α-羟基类固醇脱氢酶

  •  
  • FPKM公司

    每千碱基外显子百万读片段数

  •  
  • 美国公共广播电视公司

    磷酸盐缓冲盐水

  •  
  • qRT聚合酶链式反应

    定量逆转录酶聚合酶链反应

  •  
  • T3航站楼

    三碘甲状腺原氨酸(甲状腺激素)

  •  
  • TRβ1

    甲状腺激素受体β1

致谢

财务支持:这项工作得到了美国国立卫生研究院拨款R00 HD032636、R00 HD082686(给C.J.H.)和R01 CA092596(给X.D.)的部分支持。Q.L.和H.W.得到了中国政府奖学金(来自中国奖学金委员会)的支持,并访问了实验室的学者。本研究中使用的一些设备得到了奥本大学向C.J.H.提供的新教师启动基金的支持。

作者贡献:Q.L.进行了实验,进行了分析,并撰写了手稿。H.W.进行分析并撰写手稿。Y.K.和H.S.Z.进行了实验。K.L和K.J.进行了实验并编辑了手稿。X.W.和X.D.设计并进行了实验。C.J.H.设计了这项研究,进行了实验,进行了分析,并撰写了手稿。

其他信息

披露摘要:作者没有什么要透露的。

数据可用性:本研究期间生成或分析的所有数据均包含在本文或参考文献中列出的数据存储库中。

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韦克斯曼
 
流行音乐播音员
,
切伦扎
JL公司
.
肝脏基因表达的性别二型性:KRAB锌指阻遏物的新生物学作用
.
基因发育。
2003
;
17
(
21
):
2607
-
2613
.

39

克罗恩
 
,
皮莱
某人
,
官员
L(左)
,
克莱蒙特
C
,
Gasser公司
PJ公司
,
埃文斯
青年成就组织
.
肾上腺昼夜节律时钟功能的性别分化
.
内分泌学。
2016
;
157
(
5
):
1895
-
1904
.

40

利瓦瑟
 
A类
,
Typhanie公司
D类
,
安托万
M。
 
肾上腺发育和肿瘤发生中的性别二型性
.
当前意见内分泌Meta Res
.
2019
;
8
:
60
-
65
.

41

海基拉
 
M(M)
,
佩尔托克托
H(H)
,
勒帕卢托
J型
,
伊尔维斯
M(M)
,
伏尔泰纳霍
O(运行)
,
瓦尼奥
S公司
.
Wnt-4缺乏改变小鼠肾上腺皮质功能,减少醛固酮生成
.
内分泌学。
2002
;
143
(
11
):
4358
-
4365
.

42

盖赖本
 
B类
,
扎瓦茨基
调幅
,
里比奇
S公司
 
脱碘酶调节甲状腺激素信号的细胞和分子基础
.
Endocr版本。
2008
;
29
(
7
):
898
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938
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43

比安科
 
自动控制
,
基姆
BW公司
.
脱碘酶:甲状腺激素作用局部控制的意义
.
临床投资杂志。
2006
;
116
(
10
):
2571
-
2579
.

44

马拉西区
 
MP公司
,
福尔图纳托
RS系列
,
达席尔瓦
自动控制
 
青春期前和成年大鼠甲状腺功能的性二型性和1型碘甲状腺原氨酸脱碘酶活性
.
内分泌杂志。
2007
;
192
(
1
):
121
-
130
.

45

铃木
 
S公司
,
西洋
S公司
,
塔克达
T型
,
小松
M(M)
.
衰老过程中甲状腺激素反应的性别特异性调节
.
甲状腺研究。
2012
;
5
(
1
):
1
.

46

罗梅罗
 
天然气
,
斯蒂芬
陆军部
,
斯珀林
妈妈
,
梅农
韩国
.
甲状腺功能减退对大鼠肝脏生长激素受体和生长激素结合蛋白基因表达的影响
.
霍姆研究。
1996
;
45
(
6
):
273
-
278
.

47

宫下
 
K(K)
,
村上春树
M(M)
,
岛内岛
T型
,
健内
T型
,
莫里
M(M)
.
睾酮对大鼠肝脏1型碘甲状腺原氨酸脱碘酶mRNA水平的调节
.
分子细胞内分泌。
1995
;
115
(
2
):
161
-
167
.

48

Šošić-Jurjević
 
B类
,
菲利波维奇
B类
,
伦科
K(K)
 
睾酮和雌二醇治疗对兰花切除中年大鼠垂体-甲状腺轴和肝脏脱碘酶1活性的影响不同
.
Exp Gerontal公司。
2015
;
72
:
85
-
98
.

49

克利里
 
C
,
彼得森
S公司
,
荣瀚宝星
K(K)
 
甲状腺激素转运蛋白Mct8在肾上腺内皮质中特殊表达,并部分介导肾上腺皮质中的甲状腺激素作用
.
Endocr Soc杂志
.
2019
;
(
补充1
):
-
562
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50

Wondisford公司
 
FE公司
.
甲状腺激素在肾上腺皮质发育中的直接作用
.
内分泌学。
2015
;
156
(
6
):
1939
-
1940
.

51

劳克林
 
通用航空公司
,
圆锥挡泥板
E类
.
晚期衰老对肾上腺激素水平影响的性别二型性:Rancho-Barnardo研究
.
临床内分泌代谢杂志。
2000
;
85
(
10
):
3561
-
3568
.

52

格拉贝克
 
A类
,
多尔菲
B类
,
克莱因
B类
,
健美美地
F类
,
查博西耶
国会议员
,
舍德尔
A类
.
成人肾上腺皮质以性别特异的方式进行快速组织更新
.
细胞干细胞。
2019
;
25
(
2
):
290
-
296.e2美元
.

53.

麦克伦南
 
MB(MB)
,
安德森
BM公司
,
妈妈
数据仓库
.
FVB和C57Bl/6小鼠乳腺发育差异对乳腺癌研究的意义
.
营养物。
2011
;
(
11
):
929
-
936
.

54

潜水钟
 
先生
.
大鼠、小鼠和人类性腺激素和相关社会行为的出生后发育比较
.
内分泌学。
2018
;
159
(
7
):
2596
-
2613
.

55

雷诺
 
HJ公司
,
JY公司
,
可汗
M(M)
,
克拉森
光盘
.
78种细胞色素P450 mRNA在小鼠体内的组织分布和性别差异表达
.
毒物科学。
2011
;
124
(
2
):
261
-
277
.

56

鲍德温
 
马来西亚令吉
,
珠宝
重量
,
法努基
中压
,
犁头
CG公司
,
巴克皮特
应收账
.
啮齿动物和恒河猴肺/鼻CYP2F表达水平的比较
.
药理学实验与治疗杂志。
2004
;
309
(
1
):
127
-
136
.

57

克鲁赞
 
G公司
,
公共汽车
JS公司
,
班顿
医疗保险
 
编辑亮点:CYP2F2基因敲除和CYP2F1人源化小鼠暴露于吸入苯乙烯长达2年后,小鼠肺细胞增殖和致瘤性的完全减弱支持了人类相关性的缺失
.
毒物科学。
2017
;
159
(
2
):
413
-
421
.

58

克鲁赞
 
G公司
,
公共汽车
J型
,
霍奇基斯
J型
,
哈尔克马
J型
,
班顿
M(M)
,
萨朗
S公司
.
CYP2F2生成的代谢物,而非苯乙烯氧化物,是介导苯乙烯诱导小鼠肺肿瘤作用模式的关键事件
.
Regul毒理学。
2012
;
62
(
1
):
214
-
220
.

59

克鲁赞
 
G公司
,
公共汽车
J型
,
霍奇基斯
J型
 
CYP2F2基因敲除小鼠和CYP2F1人源化小鼠中苯乙烯、氧化苯乙烯和4-羟基苯乙烯毒性的研究表明,小鼠肺肿瘤与人类缺乏相关性
.
Regul毒理学。
2013
;
66
(
1
):
24
-
29
.

60

基姆
 
Y-O公司
,
软件
.
固定应激后人参水提物在小鼠肾上腺皮质基因表达的微阵列分析
.
人参研究杂志
.
2011
;
35
(
1
):
111
-
113
.

61

磷虾
 
KT公司
,
Gurdziel公司
K(K)
,
希顿
金华
,
西蒙
DP公司
,
锤子
天然气
.
Dicer缺乏揭示了预测控制发育中肾上腺皮质基因表达的微RNA
.
摩尔内分泌学。
2013
;
27
(
5
):
754
-
768
.

62

Takamiya公司
 
M(M)
,
三枝
K(K)
,
杜瓦
K(K)
.
小鼠肾上腺DNA微阵列分析用于检测低温生物标志物:法医学调查的潜在用途
.
热低温温度管理。
2013
;
(
2
):
63
-
73
.

63

无界
 
T型
,
库萨卡
M(M)
,
川贝
K(K)
 
Dax-1在肾上腺皮质的性双态表达
.
基因细胞。
2002
;
7
(
7
):
717
-
729
.

64

Scheys公司
 
JO公司
,
希顿
金华
,
锤子
天然气
.
衰老Dax1缺乏小鼠肾上腺功能衰竭的证据
.
内分泌学。
2011
;
152
(
9
):
3430
-
3439
.

65

Xing(兴)
 
Y(Y)
,
莫罗哈西
KI公司
,
英格拉汉姆
,
锤子
天然气
.
Sf1 SUMO酸化与Dax1协同作用控制肾上腺退化的时间
.
发展。
2017
;
144
(
20
):
3798
-
3807
.

本文根据牛津大学出版社标准期刊出版模式的条款出版和发行(https://academic.oup.com/journals/pages/open_access/funder_policies/chorus/standard_publication_model)