New insights on the male-to-female transdifferentiation processes in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fry gonads following exposure to ethynylestradiol at the morphological and transcriptional level by in vivo and in silico approaches
(2013)
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- Ketemont, Patrick
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- (fr) Les gonades sont des organes bipotentiels qui se différencient en ovaire ou en testicule à partir d’un même primordium de cellules germinales. La destinée de l’organe est déterminée génétiquement, notamment chez les mammifères par l’expression du gène SRY (situé sur le chromosome Y) qui mène au développement du testicule. La différenciation du sexe comprend toutes les étapes menant au développement fonctionnel des gonades. Les hormones sexuelles jouent un rôle prédominant dans la régulation de ces processus, les estrogènes agissant comme facteurs féminisant, et les androgènes comme facteurs masculinisant. Il existe chez les poissons une diversité des mécanismes de détermination du sexe, ainsi qu’une labilité des processus de différenciation, qui peuvent être sensibles à des facteurs environnementaux externes. La présence accrue de perturbateurs endocriniens dans l’environnement aquatique conduit à des perturbations du développement des gonades chez de nombreuses espèces de poissons. Par exemple, les xénoestrogènes (molécules mimant l’effet de l’hormone femelle estradiol), même à de très faibles doses (de l’ordre du ng au μg/L), conduisent à la production d’une protéine femelle, la vitellogénine, par les poissons mâles, ou encore à des perturbations de la morphologie des gonades en induisant de l’intersexe (ou ovotestis : développement d’ovocytes au sein du testicule), pouvant être délétère à la survie de l’espèce. Les mécanismes par lesquels ces molécules agissent restent largement inconnus. Le principal objectif de notre travail est de mettre en évidence les voies métaboliques impliquées dans la transdifférenciation mâleKfemelle des gonades de poissons soumis à de faibles concentrations en ethynylestradiol (EE2 – un xénoestrogène puissant). Dans ce but, nous avons soumis de façon chronique des truitesKarcKenKciel mâles juvéniles à une large gamme de concentrations en EE2 (de 0.01 à 10 μg/L) afin de caractériser l’apparition d’ovotestis dans les gonades, ainsi que de mesurer leur transcriptome par la technique des microarrays. Cette technique repose sur l’utilisation d’outils statistiques et bioinformatiques puissants. Les résultats de cette approche dépendent également des connaissances génomiques disponibles pour l’espèce modèle utilisée. Nous avons adapté avec succès une méthodologie précédemment mise au point sur le génome humain à notre modèle poisson. Notre étude a mis en évidence une altération de la morphologie des gonades dès la plus faible dose utilisée, avec l’apparition de 3 types d’ovotestis, ainsi qu’une réversion complète des gonades en femelle aux plus fortes doses. Notre approche microarray nous a permis de ressortir plusieurs pathways et ontologies (GO terms) potentiellement impliqués dans la réponse des gonades à l’EE2. Le profil général des pathways implique la Division cellulaire, avec notamment le Cycle cellulaire et la Réplication de l’ADN qui apparaissent significativement enrichis et ont déjà été corrélés à des réponses d’organismes à une exposition à des composés oestrogéniques. De façon originale, la Méiose ovocytaire apparaît dans nos résultats. Un pattern similaire est observé dans l’enrichissement en GO terms, avec cependant l’émergence de termes reliés à la Reproduction sexuelle (par exemple le Développement des gonades femelle et la Gamétogenèse), la Prolifération cellulaire et la Synthèse des stéroides sexuels. Plusieurs étapes de filtration des résultats, ainsi que l’intégration des observations morphologiques nous ont permis de sélectionner plusieurs biomarqueurs potentiels, spécifiques (par exemple Foxl2,* spon2,* cdkn1b) et/ou sensibles (Theg,* thrap3,*dnaaf2) du phénotype d’intersexe. Parmi ceuxKci, Foxl2 est un marqueur de la différenciation ovarienne précoce. Une métaKanalyse de notre étude a été réalisée avec un autre jeu de donnée investiguant l’expression génique de truites arcKenKciel juvéniles exposées à de l’EE2 (une seule dose élevée : 20mg/kg de nourriture) à différent temps d’exposition, au départ de stades de développement très précoces (Jour 0 = 55 jours postKfertilisation). L’intersection des gènes différentiellement exprimés (DEGs) aux stades précoces et aux faibles doses nous a permis de mettre en évidence plusieurs pathways et GO terms potentiellement impliqués dans la réponse précoce à EE2. De façon intéressante, les résultats obtenus sont très similaires aux précédents, la majorité des pathways significatifs étant impliqués dans la Division cellulaire (dont le Cycle cellulaire et la Réplication de l’ADN). Cela renforce leur rôle dans la réponse à EE2. De plus, deux pathways originaux émergent de cette analyse, le ‘PPAR signalling’ ainsi que le ‘Progesterone mediated’ pathways. Des études complémentaires doivent être réalisées pour évaluer leur implication dans la transdifférenciation des gonades. De plus, l’application de notre méthodologie nous a permis de nous focaliser sur 20 gènes potentiellement impliqués dans les mécanismes précoces de transdifférenciation maleKfemelle. Nous avons pu mettre en évidence que dix d’entre eux présentent des profils d’expression similaires à ceux observés chez des femelles contrôles (par exemple plusieurs gènes codant pour des enzymes impliquées dans la production d’androgènes : cyp17a1,* cyp11b* et* hsd17b6). La seconde moitié des gènes présentent des profils d’expression spécifique au traitement (par exemple VTG, le gène codant pour la vitellogénine). Les résultats obtenus sont très prometteurs dans l’évaluation des risques environnementaux liés à l’exposition aux xénoestrogènes, ainsi que pour la mise en évidence de nouvelles hypothèses sur les bases mécanistiques de la féminisation des testicules soumis à l’EE2. Notre méthodologie s’avère applicable à différents types de plateformes microarray ainsi qu’à différentes espèces, même non entièrement séquencées. Des études complémentaires sont nécessaires pour confirmer les nombreuses hypothèses générées dans le cadre de ce travail.
- Affiliations
Unamur Ecole doctorale en sciences
Citations
Depiereux, S. (2013). New insights on the male-to-female transdifferentiation processes in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fry gonads following exposure to ethynylestradiol at the morphological and transcriptional level by in vivo and in silico approaches. https://hdl.handle.net/2078.5/48252