JCB：上海科技大学童夏静团队揭示运动行为性别差异的分子机制

性别差异的存在是自然选择的结果，有利于物种适应环境，促进两性之间的交配行为、生殖、抚育后代等，从而保持种族的繁衍。性别差异可以体现在声音、形态、生理乃至行为上。行为的性别差异通常是通过神经系统的结构和活性来实现的。例如，雄性果蝇相比雌性果蝇具有更强的攻击行为。雄性果蝇大脑中含有雄性特异的表达速激肽（Tk）的FruM+神经元，它的激活和沉默分别增加和减少雄性果蝇的攻击行为【1】。而雌鼠可以通过激活PVN催产素神经元，调控下丘脑信号传导和皮层可塑性，从而获得雌性特异的育婴（母性）行为【2】。

秀丽隐杆线虫（以下简称线虫）也存在两种性别：雌雄同体和雄性。雌雄同体线虫的体细胞都是雌性的。雌雄同体线虫可以通过自交产生雌雄同体后代，也可以与雄性交配产生等比例的雌雄同体和雄性后代。同样，秀丽隐杆线虫在很多行为上也存在性别差异。例如，一些信息素在雄性线虫中引起吸引反应，在雌雄同体中引起排斥反应，这种性别差异是由感觉神经元ADF的性别来决定的【3】。此外，线虫的运动行为也存在性别差异：雄性线虫的运动速率比雌雄同体更快，从而促进两性交配，但导致线虫两性中运动能力存在差异的遗传因素仍然不清楚。

近日，上海科技大学生命学院童夏静团队在 Journal of Cell Biology 期刊发表了题为：CaMKII mediates sexually dimorphic synaptic transmission at neuromuscular junctions in C. elegans 的研究论文【4】。

该研究在分子和细胞水平上解析了线虫运动行为性别差异的神经生物学基础。首次发现雄性线虫神经肌肉接头胆碱能突触前的钙离子/钙调素依赖性蛋白激酶CaMKII/UNC-43介导了囊泡数量的性别差异，从而导致雄性线虫的胆碱能突触传递增强，运动速率更快。

我们知道，运动行为是受一种特殊的突触结构——神经肌肉接头(NMJs)控制的。在线虫中，兴奋性胆碱能运动神经元和抑制性GABA能运动神经元控制体壁肌肉的收缩和舒张，从而形成线虫的正弦波运动方式。运动行为的性别差异促使研究团队去研究神经肌肉接头突触传递是否在两性之间有所不同。研究团队发现雄性线虫兴奋性的胆碱能突触传递显著高于异性，而GABA能的抑制性突触传递在两性中没有区别。

为了探究胆碱能突触传递的性别差异，研究团队通过扫描电镜、荧光标记内源突触蛋白，发现雄性线虫的胆碱能神经元中囊泡数量（SVs）比雌雄同体多，解释胆碱能突触传递的性别差异。为了进一步分析囊泡数量性别差异的分子基础，研究团队通过分析两性线虫在不同发育阶段、不同神经元类型的转录组数据库，发现并证明了钙离子/钙调素依赖性蛋白激酶CaMKII/UNC-43在雄性的胆碱能神经元中聚集更多，参与突触囊泡的合成。胆碱能神经元中unc-43的缺失能够阻断两性中囊泡数量、胆碱能突触传递以及运动行为的性别差异差异。

最后，研究团队使用了神经元特异性的性别逆转实验，发现改变雌雄同体线虫神经元的性别（雌性转雄性），可以让雌雄同体线虫产生类似雄性线虫的高效胆碱能突触传递和快速运动行为。

总的来说，童夏静团队在分子和突触水平上解析了性别差异的运动行为，值得一提的是，突触传递的重要调控分子（包括CaMKII）在各物种中高度保守，该研究不仅有助于了解行为的性别差异，还将为神经和精神疾病发病率的性别差异提供了可能的机理。

上海科技大学生命学院2017级硕博连读研究生曾万新、2018级硕博连读研究生郝越及澳大利亚昆士兰大学博士后刘浩文为该论文的第一作者，童夏静教授和澳大利亚昆士兰大学胡志涛教授为该论文通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。该研究在上海科技大学生命学院分子影像平台、电镜平台以及中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心电镜技术平台的支持下完成，得到了科技部2030-脑科学与类脑研究重大项目、国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会和上海科技大学启动经费资助。

论文链接：

1. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(13)01536-5

2. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03814-7

3. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2014.06.007

4. https://doi.org/10.1083/jcb.202301117

转自：“生物世界”微信公众号

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