This study defines the roles of the doublesex gene in male and female flies' courtship circuitry and behaviors. Doublesex proteins, which are part of the structurally and functionally conserved Dmrt gene family, are important for sex determination throughout the animal kingdom. We inserted Gal4 into the doublesex (dsx) locus of Drosophila melanogaster, allowing us to visualize and manipulate cells expressing dsx in various tissues. In the nervous system, we detected differences between the sexes in dsx-positive neuronal numbers, axonal projections and synaptic density. We found that dsx was required for the development of male-specific neurons that coexpressed fruitless (fru), a regulator of male sexual behavior. We propose that dsx and fru act together to form the neuronal framework necessary for male sexual behavior. We found that disrupting dsx neuronal function had profound effects on male sexual behavior. Furthermore, our results suggest that dsx-positive neurons are involved in pre- to post-copulatory female reproductive behaviors.

ABSTRACT Nutrient-dependent body size plasticity differs between the sexes in most species, including mammals. Previous work in Drosophila showed that body size plasticity was higher in females, yet the mechanisms underlying the sex difference in body size plasticity remain unclear. Here, we discover that a protein-rich diet augments body size in females and not males because of a female-specific increase in activity of the conserved insulin/insulin-like growth factor signaling pathway (IIS). This increased IIS activity was triggered by a diet-induced increase in stunted , and required Drosophila insulin-like peptide 2 , illuminating new sex-specific roles for these genes. Importantly, we show that sex determination gene transformer regulates the diet-induced increase in stunted and IIS activity, and mediates the sex difference in body size plasticity. This identifies one sex-specific mechanism underlying the nutrient-dependent regulation of IIS activity and body size plasticity, providing vital insight into conserved mechanisms that mediate sex differences in phenotypic plasticity.

ABSTRACT In Drosophila , changes to dietary protein elicit different body size responses between the sexes. Whether this sex difference in nutrient-dependent body size regulation extends to other nutrients, such as dietary sugar, remains unclear. Here, we show that reducing dietary sugar enhanced body size in Drosophila male and female larvae. Indeed, the largest body size was found in larvae reared in a diet without added sugar. Despite the equivalent body size effects of a low sugar diet between males and females, we detected sex-specific changes to the insulin/insulin-like growth factor (IIS) and target of rapamycin (TOR) signaling pathways. Further, we show that the metabolic changes observed in larvae reared on a low sugar diet differ between the sexes. Thus, despite identical phenotypic responses to dietary sugar in males and females, distinct changes to cell signaling pathways and whole-body metabolism were associated with the increased body size in each sex. This highlights the importance of including both sexes in all mechanistic studies on larval growth, as males and females may use different molecular and metabolic mechanisms to achieve similar phenotypic outcomes.

Abstract Insulin receptor (Insr) protein can be found at higher levels in pancreatic β-cells than in most other tissues, but the consequences of β-cell insulin resistance remain enigmatic. Ins1 cre allele was used to delete Insr specifically in β-cells of both female and male mice. Experimental mice were compared to Ins1 cre -containing littermate controls at multiple ages and on multiple diets. RNA-seq of purified recombined β-cells revealed transcriptomic consequences of Insr loss, which differed between female and male mice. Action potential and calcium oscillation frequencies were increased in Insr knockout β- cells from female, but not male mice, whereas only male β Insr KO mice had reduced ATP-coupled oxygen consumption rate and reduced expression of genes involved in ATP synthesis. Female β Insr KO and β Insr HET mice exhibited elevated insulin release in perifusion experiments, during hyperglycemic clamps, and following i.p. glucose challenge. Deletion of Insr did not alter β-cell area up to 9 months of age, nor did it impair hyperglycemia-induced proliferation. Based on our data, we adapted a mathematical model to include β-cell insulin resistance, which predicted that β-cell Insr knockout would improve glucose tolerance depending on the degree of whole-body insulin resistance. Indeed, glucose tolerance was significantly improved in female β Insr KO and β Insr HET mice when compared to controls at 9, 21 and 39 weeks, and also in insulin-sensitive 4-week old males. We did not observe improved glucose tolerance in older male mice or in high fat diet-fed mice, corroborating the prediction that global insulin resistance obscures the effects of β-cell specific insulin resistance. The propensity for hyperinsulinemia was associated with mildly reduced fasting glucose and increased body weight. We further validated our main in vivo findings using the Ins1 -CreERT transgenic line and found that male mice had improved glucose tolerance 4 weeks after tamoxifen-mediated Insr deletion. Collectively, our data show that loss of β-cell Insr contributes to glucose-induced hyperinsulinemia, thereby improving glucose homeostasis in otherwise insulin sensitive dietary and age contexts.

Summary The rising pancreatic cancer incidence due to obesity and type 2 diabetes is closely tied to hyperinsulinemia, an independent cancer risk factor. Previous studies demonstrated reducing insulin production suppressed pancreatic intraepithelial neoplasia (PanIN) pre-cancerous lesions in Kras -mutant mice. However, the pathophysiological and molecular mechanisms remained unknown and in particular it was unclear whether hyperinsulinemia affected PanIN precursor cells directly or indirectly. Here, we demonstrate that insulin receptors ( Insr ) in Kras G12D -expressing pancreatic acinar cells are dispensable for glucose homeostasis, but necessary for hyperinsulinemia-driven PanIN formation in the context of diet-induced hyperinsulinemia and obesity. Mechanistically, this was attributed to amplified digestive enzyme protein translation, triggering of local inflammation and PanIN metaplasia in vivo . In vitro , insulin dose-dependently increased acinar-to-ductal metaplasia formation in a trypsin– and Insr -dependent manner. Collectively, our data shed light on the mechanisms connecting obesity-driven hyperinsulinemia and pancreatic cancer development.

ABSTRACT In Drosophila , female body size is approximately 30% larger than male body size due to an increased rate of larval growth. While the mechanisms that control this sex difference in body size remain incompletely understood, recent studies suggest that the insulin/insulin-like growth factor signaling pathway (IIS) plays a role in the sex-specific regulation of growth during development. In larvae, IIS activity differs between the sexes, and there is evidence of sex-specific regulation of IIS ligands. Yet, we lack knowledge of how changes to IIS activity impact growth in each sex, as the majority of studies on IIS and body size use single- or mixed-sex groups of larvae and/or adult flies. The goal of our current study was to clarify the requirement for IIS activity in each sex during the larval growth period. To achieve this goal we used established genetic approaches to enhance, or inhibit, IIS activity, and quantified body size in male and female larvae. Overall, genotypes that inhibited IIS activity caused a female-biased decrease in body size, whereas genotypes that augmented IIS activity caused a male-specific increase in body size. This data extends our current understanding of larval growth by showing that most changes to IIS pathway activity have sex-biased effects on body size, and highlights the importance of analyzing data by sex in larval growth studies.

ABSTRACT Objective Pancreatic β cells play a key role in glucose homeostasis; dysfunction of this critical cell type causes type 2 diabetes (T2D). Emerging evidence points to sex differences in β cells, but few studies have examined male-female differences in β cell stress responses and resilience across multiple contexts, including diabetes. Here, we address the need for high-quality information on sex differences in β cell/islet gene expression and function using both human and rodent samples. Methods We compared β cell gene expression and insulin secretion in donors living with T2D to non-diabetic donors in both males and females. In mice, we generated a well-powered islet RNAseq dataset from 20-week-old male and female siblings with equivalent insulin sensitivity. Because on our unbiased analysis of gene expression pointed to sex differences in endoplasmic reticulum (ER) stress response, we subjected islets isolated from age-matched male and female mice to thapsigargin treatment and monitored protein synthesis, cell death, and β cell insulin production and secretion. Transcriptomic and proteomic analyses were used to characterize sex differences in islet responses to ER stress. Results Our single-cell analysis of human β cells revealed sex-specific changes to gene expression and function in T2D, correlating with more robust insulin secretion in islets isolated from female donors living with T2D compared to male T2D donors. In mice, RNA sequencing revealed differential enrichment of unfolded protein response pathway-associated genes, where female islets showed higher expression of genes linked with protein synthesis, folding, and processing. This differential expression was biologically significant, as female islets were more resilient to ER stress induction with thapsigargin. Specifically, female islets maintained better insulin secretion and showed a distinct transcriptional response under ER stress compared with males. Conclusions Our data demonstrate that physiologically significant sex differences in β cell gene expression exist in both humans and mice, and that female β cells maintain better insulin production and secretion across multiple physiological and pathological contexts.

Drosophila is a powerful model to study how lipids affect spermatogenesis. Yet, the contribution of neutral lipids, a major lipid group which resides in organelles called lipid droplets (LD), to sperm development is largely unknown. Emerging evidence suggests LD are present in the testis and that loss of neutral lipid- and LD-associated genes causes subfertility; however, key regulators of testis neutral lipids and LD remain unclear. Here, we show LD are present in early-stage somatic and germline cells within the Drosophila testis. We identified a role for triglyceride lipase brummer ( bmm ) in regulating testis LD, and found that whole-body loss of bmm leads to defects in sperm development. Importantly, these represent cell-autonomous roles for bmm in regulating testis LD and spermatogenesis. Because lipidomic analysis of bmm mutants revealed excess triglyceride accumulation, and spermatogenic defects in bmm mutants were rescued by genetically blocking triglyceride synthesis, our data suggest that bmm -mediated regulation of triglyceride influences sperm development. This identifies triglyceride as an important neutral lipid that contributes to Drosophila sperm development, and reveals a key role for bmm in regulating testis triglyceride levels during spermatogenesis.

Liquid chromatography (LC) with gradient elution is a routine practice for separating complex chemical mixtures in mass spectrometry (MS)-based untargeted analysis. Despite its prevalence, systematic optimization of LC gradients has remained challenging. Here we develop a Bayesian optimization method, BAGO, for autonomous and efficient LC gradient optimization. BAGO is an active learning strategy that discovers the optimal gradient using limited experimental data. From over 100,000 plausible gradients, BAGO locates the optimal LC gradient within ten sample analyses. We validated BAGO on six biological studies of different sample matrices and LC columns, showing that BAGO can significantly improve quantitative performance, tandem MS spectral coverage, and spectral purity. For instance, the optimized gradient increases the count of annotated compounds meeting quantification criteria by up to 48.5%. Furthermore, applying BAGO in a Drosophila metabolomics study, an additional 57 metabolites and 126 lipids were annotated. The BAGO algorithms were implemented into user-friendly software for everyday laboratory practice and a Python package for its flexible extension.

Within the thymus, regulation of the cellular cross-talk directing T cell development is dependent on spatial interactions within specialized niches. To create a holistic, spatially defined map of tissue niches guiding postnatal T cell development we employed the multidimensional imaging platform CO-detection by indEXing (CODEX), as well as CITE-seq and ATAC-seq. We generated age-matched 4-5-month-old postnatal thymus datasets for male and female donors, and identify significant sex differences in both T cell and thymus biology. We demonstrate a crucial role for JAG ligands in directing thymic-like dendritic cell development, reveal important functions of a novel population of ECM- fibroblasts, and characterize the medullary niches surrounding Hassall's corpuscles. Together, these data represent a unique age-matched spatial multiomic resource to investigate how sex-based differences in thymus regulation and T cell development arise, and provide an essential resource to understand the mechanisms underlying immune function and dysfunction in males and females.