Biological sex affects the pathogenesis of type 2 and type 1 diabetes (T2D, T1D) including the development of β cell failure observed more often in males. The mechanisms that drive sex differences in β cell failure is unknown. Studying sex differences in islet regulation and function represent a unique avenue to understand the sex-specific heterogeneity in β cell failure in diabetes. Here, we examined sex and race differences in human pancreatic islets from up to 52 donors with and without T2D (including 37 donors from the Human Pancreas Analysis Program [HPAP] dataset) using an orthogonal series of experiments including single cell RNA-seq (scRNA-seq), single nucleus assay for transposase-accessible chromatin sequencing (snATAC-seq), dynamic hormone secretion, and bioenergetics. In cultured islets from nondiabetic (ND) donors, in the absence of the in vivo hormonal environment, sex differences in islet cell type gene accessibility and expression predominantly involved sex chromosomes. Of particular interest were sex differences in the X-linked KDM6A and Y-linked KDM5D chromatin remodelers in female and male islet cells respectively. Islets from T2D donors exhibited similar sex differences in differentially expressed genes (DEGs) from sex chromosomes. However, in contrast to islets from ND donors, islets from T2D donors exhibited major sex differences in DEGs from autosomes. Comparing β cells from T2D and ND donors revealed that females had more DEGs from autosomes compared to male β cells. Gene set enrichment analysis of female β cell DEGs showed a suppression of oxidative phosphorylation and electron transport chain pathways, while male β cell had suppressed insulin secretion pathways. Thus, although sex-specific differences in gene accessibility and expression of cultured ND human islets predominantly affect sex chromosome genes, major differences in autosomal gene expression between sexes appear during the transition to T2D and which highlight mitochondrial failure in female β cells.

Sex differences in mitochondrial numbers and function are present in large cerebral arteries, but it is unclear whether these differences extend to the microcirculation. We performed an assessment of mitochondria-related proteins in cerebral microvessels (MVs) isolated from young, male and female, Sprague-Dawley rats. MVs were isolated from the cerebrum and used to perform proteomics experiment utilizing tandem mass tags, coupled with liquid chromatography/mass spectrometry (MS). MS data and bioinformatic analyses were performed using Proteome Discoverer and Ingenuity Pathway Analysis. We identified a total of 1,969 proteins, of which 1,871 were quantified. Sixty-four proteins were expressed significantly (p < 0.05) higher in female samples compared with male ones. Females expressed more mitochondrial proteins involved in energy production, mitochondrial membrane structure, anti-oxidant enzyme proteins, and those involved in fatty acid oxidation. Conversely, males had higher expression levels of mitochondria-destructive proteins. We validated our key Proteomics results with western blotting. Our findings reveal, for the first time, the full extent of sexual dimorphism in the mitochondrial metabolic protein profiles of MVs, which may contribute to sex-dependent cerebrovascular pathologies.

SUMMARY Risk factors contributing to dementia are multifactorial. Pathogens as risk factors for dementia is largely correlative with few causal relationships. Here, we demonstrate that intermittent cytomegalovirus (CMV) infection in mice, mimicking human chronic infection and reactivation/reinfection events, alters blood brain barrier (BBB) metabolic pathways. An increase in basal mitochondrial function is observed in brain microvasculature endothelial cells (BMEC) at 12 months post infection but not at earlier time points and is accompanied by elevated levels of superoxide, indicative of oxidative stress. Further, these mice score lower in cognitive assays as compared to age-matched controls. Our data show that repeated systemic infection with CMV, alters BBB metabolic function and impacts cognition. These observations provide mechanistic insights through which pathogens contribute to the progression of pathologies associated with dementia. In Brief Mechanistic evidence supporting an infectious etiology of dementia (e.g. Alzheimer’s Disease) are poorly defined. Harrison et al., show that intermittent infection with cytomegalovirus metabolically rewires the blood brain barrier and neighboring glial cells altering their function, resulting in decreased cognitive function.