Faculté de Médecine Montpellier-Nîmes

Transcription

1 Module Développement D Endocrinologie du développementd Objectifs du cours A l issu de ce cours, vous devrez être capable de : Définir les trois niveaux de sexe La Différenciation Sexuelle Année Citer les principaux gènes impliqués dans la détermination sexuelle et décrire brièvement leur fonction et leur position dans la cascade de détermination du sexe Décrire le processus de différenciation sexuelle Expliquer les expériences de JOST Citer les hormones impliquées dans la différenciation sexuelle Décrire le mécanisme d action de la testostérone sur ces tissus cibles MCU-PH Service d'hormonologie Hôpital Lapeyronie Processus long et séquentiel qui débute en période foetale et se poursuit en période néonatale et pubertaire pour aboutir à l'établissement d'un dimorphisme sexuel. s'achève à la puberté avec la mise en place des caractères sexuels secondaires et l'acquisition des fonctions de reproduction. Il est important de différencier: - La détermination de la gonade, orientation male ou femelle de la gonade primitive indifférenciée. Testicules Gonades Indifférenciées Détermination sexuelle Différenciation Sexuelle Ovaires - proprement dite, mise en place des tractus génitaux internes et externes. Phénotypes Masculins Phénotypes Féminins

2 Déterminisme du sexe : debute dès la fécondation Etablissement du sexe génétique : Mise en commun du materiel génétique des gamètes mâle et femelle pour former un oeuf XX ou XY. Détermination sexuelle permet l'engagement de l'ébauche gonadique indifférenciée (crête génitale) dans une voie de développement aboutissant à la formation d'un testicule ou d'un ovaire Constitution du sexe gonadique correspond à l'établissement du sexe phénotypique : OGI et OGE 3 niveaux de définition du sexe : Sexe Génétique Détermination sexuelle Sexe Gonadique Différenciation sexuelle Sexe Phénotypique Partie I : Formation des gonades indifférenci renciéeses Mésoderme intermédiaire Crête urogénitale GP apparaît vers 4ème semaine de gestation Colonisation par C. germinales issus de l'allantoide (5-6ème SG) La détermination d des gonades SF1 et WT1 (+/- LHX9)

3 Formation des gonades indifférenci renciéeses Chronologie de la détermination d sexuelle Stade indifférencié jusqu'à la 6 ème Semaine de développement. Gonada Primordia : épithèlium superficiel et C. indifférenciées sous-jacentes (C. du mésonephros et C. germinales) Avant la 6 éme semaine de développement : G. Indifférenciée Formation des ébauches gonadiques Migration des cellules germinales Mise en place du tractus génital (Canaux Wolff et Müller) Détermination de la gonade débute à la 6 ème semaine de développement. (10-12 jours chez souris) Détermination de la gonade est plus précoce chez l homme (7 sem.) / femme (8 sem ) - Détermination femelle par défaut? S'achève vers la 10-12éme semaine chez l homme 16éme semaine chez la femme Origine des cellules gonadiques Partie I : Sertoli Cell. soutien Granulosa Cell. Somatiques Cell. stéroidogènes Leydig Thèque Cell. conjonctives Cell. germinales Spz Ovocytes La détermination d des gonades 1- Les gènes g intervenant dans la formation de la gonade primitive Myoide Stroma

4 Steroidogenic Factor 1 : SF1 Acteur important de la formation et de la différenciation des gonades et des surrénales, intervient précocement. Assure tardivement la régulation de nombreuses enzymes liés à la stéroidogénèse ainsi que la régulation de nombreux gènes impliqués dans le déterminisme gonadique. Apparitions précoces dans les tissus embryonnaires de souris (crête génitale et C. surrénaliennes) suggérant un rôle dans la différenciation gonadique et surrénalienne. Invalidation chez souris XY : Phénotype Féminin, absence Gonades, Surrénales et Hypothalamus ventromédian. Gène WT1 Chromosome 11 Initialement, oncogène impliqué dans le développement rénal et dans la survenue de tumeurs (tumeur de Wilms) Facteur de transcription (doigts de Zinc) Invalidation chez Souris Pas de Gonades Pas de Rein Expression dès le 9ème j. dans la crête génitale indifférenciée Puis dans les C. de Sertoli / Mâle ou Granulosa chez Femelle Gène WT1 Gène WT1 Fœtus humain : expression dans la gonade et le rein Chez Homme, Mutations héterozygotes entraînent des phénotypes variables : Défauts de détermination gonadique, Néphropathies. Syndrome de Denys-Drash : Insuffisance rénale aiguë avec néphroblastome (Tumeur de Wilms) et une dysgénésie gonadique avec ambigüité sexuelle Syndrome de Frasier : néphropathie avec dysgénésie gonadique pure (réversion sexuelle) WT1 intervient dans les étapes précoces du développement de la gonade indifférenciée (en amont de SRY) Mais également plus tardivement dans le développement de la gonade dans le maintien de sa fonction - Plusieurs isoformes / épissages alternatifs - 2 isoformes : 3 AA (KTS) entre 3 et 4 doigt Zn KTS+ : Souris gonades diminuées en taille mâle/femelle KTS- : affinité +++ pour ADN : Facteur de transcription - Souris invalidé pour Isoformes KTS+ présentent, en association avec une atteinte hépatique, un développement gonadique normal chez la femelle mais une inversion sexuelle totale chez les mâles. - Chez Homme (Synd Frasier) : anomalie d'épissage de forme KTS+, aboutissant à une diminution du rapport KTS+/KTS-, DG pure

5 Gène LHX9 La gonade primitive SF1 WT1 (LHX9) Expression concomitante à SF1 et WT1 Gonades Indifférenciées Invalidation Souris montre une agénésie des gonades Détermination sexuelle Agirait sur l'expression de SF1 Testicules Ovaires Pas d'anomalie retrouvée chez l'homme à ce jour Différenciation Sexuelle Phénotypes Masculins Phénotypes Féminins Partie I : Détermination de la gonade Observation chez les animaux La détermination d des gonades 2- Les gènes g de la détermination d testiculaire Classes Chromosomes sexuels Signal primaire de détermination Nématodes XX = Hermaphrodite ou Femelle Nombre de chromosome X par rapport au nombre (Caenorhabditis) XO = Mâle d'autosomes Insectes (Drosophile) XX = F XY ou XO = M Nombre de chromosomes X par rapport au nombre d'autosomes Amphibiens Reptiles XX = F ZW = F XY = M ou ZZ = M? Oiseaux ZZ = M ZW = F? Mammifères XX = F XY = M Chromosome Y

6 Importance du Chromosome Y Localisation du TDF Caryotype Sexe Gonade Syndrome Symptômes phénotypique 45, XO féminin ovaire syndrome de régression des ovaires Turner chez le foetus 45, YO l'absence de chromosome X est létale 46, XX féminin ovaire femme normale différenciation normale 47, XXX féminin ovaire phénotype différenciation normale féminin normal fertilité 46, XY masculin testicule homme normal différenciation normale 47, XXY masculin testicule syndrome de Petits testicules durs Klinefelter (atrophie testiculaire) aspermatogénèse 47, XYY masculin testicule phénotype différenciation normale masculin normal fertilité Analyse caryotypique montre que quelque soit le nombre de Chr X, la présence d'un chr Y (normal) entraîne toujours un phénotype mâle (S Klinefelter) Chromosome Y : Facteur Déterminant le Testicule (TDF) Facteur de Détermination D Testiculaire Facteur de Détermination D Testiculaire Importance du Chromosome Y Localisation par homologie des chromosomes d'hommes XX et de femmes XY Région pseudoautosomique Yp Centromère Yq Méiose Recombinaison entre chr. homologues : Crossing-over Hommes XX Femmes XY Hybridation avec sondes spécifiques du Chr Y Homme XX / FemmeXY = Rec Anormale

7 Expérience de transfection de Sry Confirmation SRY = TDF Le gène g SRY Gène mono-exonique / bras court du Chr Y Exprimé dans le testicule embryonnaire Produit une Protéine de 204 AA Appartient à la famille des protéines HMG (High Mobilty Group) HMG box (79 AcA) liaison à l'adn (petit sillon) : Forte affinité Embryon XX SRY est nécessaire et suffisant pour induire la différenciation sexuelle masculine Nombreuses mutations retrouvées chez l'homme, majoritairement dans le domaine HMG box 2 modes d'action : soit comme un facteur de transcription soit en modifiant la structure de l'adn Mutation de SRY retrouvée dans 15 % des cas de DG Autres gènes g impliqués s dans la Détermination D sexuelle Gène Sox 9 SRY Homeobox-like gene 9 Facteur de transcription / 509 AcA / Chr 17 Forte homologie avec SRY Expression chez souris XX entraine la différenciation des cellules de Sertoli et un développement testiculaire en absence de SRY Cas d'hommes XX avec large duplication du Chr 17 (incluant SOX9) Mutations de SOX9 chez individu XY entraine une pathologie de la chondrogénèse (Dysplasie campomélique) associée à une reversion sexuelle (75%)

8 Sox 9 Steroidogenic Factor 1 Régule les enzymes de la stéroidogénèse(cyp450scc, Aromatase, ) et de la protéine StAR (Protéine régulant l'entrée du cholestérol dans la mitochondrie) Rc Nucléaire / 461 AA Développement cortico-surrénale et maintien de ses fonctions stéroïdogéniques Séquences consensus PyCAAGGTCA, en amont des gènes de l'amh et de ses récepteurs, de DAX1, de WT1 du récepteurs à l'acth, du récepteur aux HDL, des gonadotrophines et de leurs récepteurs Invalidation chez souris XY : Phénotype Féminin, absence Gonades, Surrénales et Hypothalamus ventromédian. Mort précoce après la naissance Gène DAX1 Gène DAX1 Découverte par l'étude concernant 2 affections différentes mais dont les loci étaient proches (Xp21) : DSSR (Dosage sensitive sex reversal) : Femme XY avec dysgénésie gonadique Duplication d'une région de 160 kb sur Chr X Hypoplasie congénitale des surrénales Anomalies associées à ce syndrôme étaient localisées sur locus Xp21 Expression précoce dans la gonade bipotentielle et les glandes surrénaliennes puis disparition de la gonade mâle vers 12 jpc (levée d inhibition) Action par effet antitesticulaire Régule négativement l'effet transcriptionnel de SF1 Indispensable pour le développement des tubes séminifères et de la corticosurrénale

9 Autres gènes g impliqués s chez l'homme DMRT1 et 2 : Chr 9p Délétion du bras court du Chr 9 : Patients XY présentant une réversion sexuelle. Chez souris DMRT 1 est plus fortement exprimé chez le mâle que chez la femelle DHH (Desert HedgeHog) : Chr 12q Expression spécifique C. Sertoli (molécule signal) Chez Souris, invalidation : Stérilité et anomalies C. Sertoli Chez Homme, mutations décrites chez un individu XY avec dysgénésie gonadique associée à une neuropathie périphérique FGF9 Autres gènes g impliqués s chez l'homme Rôle important dans developpement des poumons et des os Jouerait également un rôle dans la prolifération des C. mésenchymateuses, dans leur migration et dans leur différenciation en Cell. de Sertoli Intervient dans une boucle d autoregulation de Sox9 PGDS (Prostaglandine D2 synthases) Expression testiculaire Internalisation nucléaire de Sox9 (autoactivation)/ Rc specifiques PGD2 entraîne formation testiculaire / gonade XX en culture Autres gènes g impliqués s chez l'homme D'autres loci sont impliqués sans avoir jusqu'à présent pu déterminer le ou les gènes mis en cause : Certaines région du Chr 2q Chez deux patientes XY, la région 6p25 Une région du Chr 10q délétée chez plusieurs femmes XY Une duplication du Chr 22q a été observée chez un hermaphrodisme vrai XX Le Testicule Testicules Gonades Indifférenciées SRY Sox9 SF1 SF1 WT1 (LHX9) Détermination sexuelle DAX1 Différenciation Sexuelle Ovaires Phénotypes Masculins Phénotypes Féminins

10 Partie I : Déterminisme génétique g de l'ovaire La détermination d des gonades 3- Les gènes g de la détermination d ovarienne Moins bien connu. Longtemps considéré par défaut Nécessite la répression de SOX9 et l'activation de WNT4 qui favoriserait l'expression de DAX1 DAX1(x2) jouerait également un rôle important en reprimant certains gènes (notamment SF1) Le gène FOXL2 interviendrait dans le maintien de la fonction ovarienne. Gène WNT4 Gène FoxL2 Chromosome 1 Expression dimorphique selon le sexe : dans le Testicule / Maintient dans l Ovairel Régule positivement l expression l de DAX1 (Sertoli( Sertoli, Leydig) Répression de la steroïdogen dogenèse et de la mise en place des vaisseaux coelomiques Rôle dans la folliculogenèse : Invalidation Apoptose des Ovocytes I Important dans la formation des canaux de MüllerM Mutation chez des femmes : Syndrome proche du MRKH Absence de dérivd rivés s du canal de Müller M (Vagin et Utérus) + Hyperandrogénie nie Impliqué dans le BPES et insuffisance ovarienne précoce Facteur le plus précoce de la détermination ovarienne Rôle dans la différenciation des cellules de la granulosa

11 Gène RSPO1 Conclusion sur la détermination d sexuelle Expression élevée dans Gonade XX Famille consanguine : 4 frères XX (SRY -) + Hyperkératose palmoplantaire (PPK)? FoxL2 Mutation R-spondine 1 : RSPO1 (Nature genetics 2006) Identifié également chez un homme XX non apparenté présentant PPK Action stabilisatrice sur beta-caténine (synergie avec Wnt4?)? FoxL2 Conclusion sur la détermination d sexuelle Partie II : FoxL2 Wnt4 des organes génitauxg

12 Organogénèse commune au 2 sexes Formation des Tractus génitauxg Formation des ébauches gonadiques indifférenciées pendant la 5ème et 6ème semaine de gestation Colonisation des ébauches gonadiques par les cellules germinales (cellules souches des gamètes) qui migrent depuis l'allantoide Stade indifférencié jusqu'à la 7-8 ème Semaine de développement. Tractus génital interne : 2 paires de canaux Canaux de Wolff (4) Canaux de Müller (3) Tractus génital est constitué par 2 systèmes de canaux qui coexistent : Canaux de Wolff (4) Canaux de Müller (3) Différenciation des Organes Génitaux G Internes Les Organes Génitaux G Internes (OGI) A la 8 ème SD : OGI = Différenciation des gonades (déterminisme) en testicules ou en ovaires entraine une régression d'un système canaliculaire pendant que l'autre se développe. Les OGI s'édifient à partir de 2 formations embryonnaires annexées à la gonades : - Les canaux de Wolff - Les canaux de Müller

13 Différenciation des OGI chez l'homme Différenciation des OGI chez la femme Mécanisme par défaut? Testicules : Régression des canaux de Müller Développement des canaux de Wolff Epididyme Canal déférent Vésicules séminales Canal éjaculateurs Ovaires : Régression des canaux de Wolff Développement des canaux de Müller Pavillon Trompe de Fallope Utérus 2/3 supérieur du Vagin SUG Vessie, Urètre, Prostate SUG Vessie, Urètre, 1/3 inférieur du Vagin Régulations endocriniennes de la différenciation sexuelle masculine Différenciation des Organes Génitaux G Internes Théorie Hormonale de la différenciation sexuelle Observation de jumeaux dizygotes XX et XY (Veau) = Freemartinisme Observation de masculinisation du jumeau XX lorsqu'il existe des connexions vasculaires entre les deux circulations des embryons Jumeau 46,XY Circulation Jumeau 46,XX virilisé Processus Hormonal

14 Rôle du testicule foetal : Experiences de Castration Expériences de Jost (1947) Lapin Greffe Testicule au 20ème jour Lapin XX Phénotype Masculin Développement des canaux de Wolff Régression des canaux de Müller Castration chirurgicale in utéro Regression Cx de Wolff de lapin mâle ou femelle Développement Cx de Müller Phénotype Féminin par défaut 28ème jour Le Testicule foetal à un rôle majeur dans la différenciation sexuelle masculine Expériences de Jost (1947) Conclusions : Testicule Foetal Dissociation entre les OGE et les OGI OGE : OGI : Masculin Devt canaux de Wolff Persistance Canaux de Müller Le testicule foetal a donc deux sécretions hormonales différentes Lapin XX Implantation au 20ème jour 28ème jour Rôle majeur dans la diff Sexuelle Masculine Testicules OGE : Phénotype masculin OGI : Regression des canaux de Müller Développement des canaux de Wolff Double Sécrétion du Testicule Foetal : - Développement des OGE et des Dérivés Wolffiens (Androgènes) - Régression des canaux de Müller (Hormone Anti-Müllerienne)

15 Hormone Anti Mullerienne : AMH La Testostérone et La DHT AMH est une GP dimérique de 140 kda Testostérone : Sécrétée par les Cell. de Leydig du testicule foetal Famille des TGF Beta Gène sur Chr 19 Synthèse par les Cell. De Sertoli vers la fin de la 7 ème SD Régulé par le facteur Sox9 Action via le Récepteur à l'amh (2 types) Régression des canaux de Müller Débute à la 8ème SD, Max à la 13ème et diminue jusqu'à 20ème Sous action de l'hcg placentaire jusqu'au 3ème mois puis la LH foetale prend le relais Testo induit la différenciation et le développement des Cx de Wolff Epididyme Canal déférent Vésicules Séminales Canal éjaculateur La Testostérone et la DHT Sensibilité des OG à la T et DHT DHT : Produit issu du métabolisme de la testostérone par la 5α réductase de type II. Expression 5alpha2 dans les tissus cibles Androgène naturel le plus puissant Induit la différenciation des OGE en Scrotum et Pénis

16 Comment agissent les Androgènes nes? Génétique du Récepteur R des Androgènes nes T et DHT agissent via un récepteur commun : Le Récepteur des Androgènes Récepteur nucléaire / 919 AA Gène porté par le Chromosome X Mode d'action des Androgènes nes Mécanisme d'action du Récepteur R des Androgènes nes T DHT Régulation FSH/LH Spermatogénèse Différenciation Sexuelle Devt Canaux de Wolff Différenciation Sinus uro-génital OGE Maturation sexuelle à la puberté

17 Mutations connues sur le RA Titres Il existe plus de 300 mutations connues du RA responsables d'anomalies de la différenciation sexuelle (complète ou partielle) Résumé - Conclusion du Cours Résumé - Conclusion du Cours SRY Gonade indifférenciée Testicule AMH Testostérone Rc de l'amh 5α réductase II DHT Récepteur des Androgènes Regression des canaux de Müller Canaux de Wolff OGI SUG, OGE Prostate, Verge..

18 Résumé - Conclusion du Cours Quelques exemples (1) BB 2 mois Consulte pour ambigüité sexuelle (DSD) hypertrophie clitoridienne Testo (HCG stim) et AMH basse Dysgénésie gonadique 1- Caryotype 46 XY 2- SRY + 3- Mutation SF1 Quelques exemples (2) Quelques exemples (3) Nonsense mutation of Sox9 46, XY / PHM Gonades palpées en inguinal Grandes lèvres plissées Testoélévéeet AMH normale Mutation Récepteur aux androgènes 100% Dysplasie Campomelique 75% Réversion sexuelle Hypospadias intrascrotal

19 Quelques exemples (4) Micropénis extrême Caryotype 46 XY Testo N / DHT basse Mutation 5 alpha reductase