Sox8 compense la perte de Sox9 pendant le développement testiculaire physiopathologique chez la souris présentant une perte de fonction du gène R-spondin1

Sox8 acts redundantly in place of Sox9 during pathophysiological testicular development in R-spondin1 (RSPO1) loss-of-function mice

• Auteur / Autrice : Nainoa Richardson
• Direction : Marie-Christine Chaboissier, Marie-Cécile de Cian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 20/09/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie Valrose (Nice) - Institut de Biologie Valrose / IBV
• Jury : Président / Présidente : Andreas Schedl
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andreas Schedl, Francisco Barrionuevo, Francis Poulat, Jérôme Collignon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francisco Barrionuevo, Francis Poulat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gonades

Mots clés libres

R-spondin1

Rspo1

Sox8

Sox9

Développement des gonades

Inversion de sexe

Modèle murin

R-spondin1

Rspo1

Sox8

Sox9

Gonad development

Sex reversal

Mouse model

Résumé

Chez les mammifères, le développement testiculaire des gonades XY est initié par les facteurs de transcription SRY/SOX9 qui promeuvent la différenciation des cellules de Sertoli. Chez l’embryon XX, la signalisation RSPO1/WNT/beta-catenin contrôle la différenciation des cellules de la granulosa et le développement ovarien. De fait, les souris XY n’exprimant pas Sox9 (KO) développent des ovaires et les souris XX n’exprimant pas Rspo1(KO) développent des ovotestis, constitués d’une partie testiculaire et une ovarienne. Leur formation est due à la différenciation précoce de cellules de granulosa et la reprogrammation d’une partie d’entre elles, en cellules de Sertoli. Chez les souris XX Rspo1 KO, SRY n’est pas nécessaire au développement testiculaire.De plus, les gonades des souris XX et XY présentant une double inactivation des gènes Rspo1 et Sox9 (Double Knockout/DKO) montrent une différenciation testiculaire partielle et complète respectivement, avec un développement d’ovotestis chez les individus XX DKO et un développement de testicules hypoplasiques chez les souris XY DKO. SOX9 et/ou SRY ne sont donc pas nécessaires à la différenciation testiculaire dans ce contexte, suggérant l’implication d’autres facteurs.L’objectif de ma thèse est de tester l’hypothèse selon laquelle SOX8, un facteur de transcription de la même famille que SOX9, pourrait induire le développement testiculaire chez les souris XX et XY DKO Rspo1 Sox9. Afin d’établir l’existence d’une compensation entre ces gènes SOX, nous avons analysé leur expression et le développement des gonades chez la souris DKO pour les gènes Rspo1 et Sox8 ou Sox9. Nous avons ensuite étudié les souris mutantes simultanément pour les gènes Rspo1, Sox8 et Sox9 (triple knockout/TKO). Notre hypothèse est qu’une perte d’expression des gènes Sox8 et Sox9 chez les souris TKO empêche la reprogrammation des cellules de la granulosa en Sertoli et par conséquent le développement testiculaire. Nous avons donc analysé la morphologie des gonades, les caractères sexuels secondaires, ainsi que l’organisation des gonades avec les différentes populations cellulaires qui les constituent par histologie et immuno-marquages à différents stades : à 17.5 jours de développement embryonnaire (E17.5) où la reprogrammation de cellules de granulosa en Sertoli commence dans la souris XX Rspo1 KO; chez les souris juvéniles au jour 10 (P10) où le développement somatique est achevé; et chez les souris adultes 40 jours après la naissance (P40).Nos résultats montrent que SOX8 et SOX9 sont exprimés de manière indépendante dans les gonades des souris XY and XX DKO Rspo1 Sox9 et DKO Rspo1 Sox8 à E17.5 et à P10. De plus, les souris XY et XX DKO Rspo1 Sox8 développent des testicules et des ovotestis indiquant que la perte d’un seul facteur SOX n’altère pas la formation des testicules, comme dans les souris XY et XX DKO Rspo1 Sox9. Cependant, chez les souris XX et XY TKO, la reprogrammation des granulosa en Sertoli à E17.5 et le développement testiculaire postnatal ne sont plus observés, démontrant que SOX8 peut compenser la perte de SOX9. De plus, les gonades des souris XY et XX TKO sont des ovaires atrophiques, indiquant que la différenciation ovarienne peut s’opérer.En résumé, nous avons analysé l’étiologie du développement physiopathologique des gonades chez les souris ayant une perte de fonction de RSPO1. Bien que SOX8 ne soit pas nécessaire à la différenciation testiculaire chez la souris, il peut promouvoir le développement testiculaire en l’absence de SRY et SOX9 en raison de sa redondance fonctionnelle avec SOX9. Chez l’Homme, dans les cas cliniques d’ambiguïtés sexuelles avec différenciation testiculaire, qui ne sont pas expliqués par le défaut d’expression de SRY ou SOX9, SOX8 pourrait ainsi être un facteur causatif.

In humans and mice, testicular development in XY gonads involves SRY/SOX9 signaling to promote Sertoli cell differentiation and their formation as testis chords. For ovarian development in XX gonads, RSPO1/WNT/beta-catenin signaling is the main pathway for granulosa cell differentiation and their subsequent assembly into follicles. Indeed, XY Sox9 mutant mice develop ovaries, and XX Rspo1 mutant mice develop ovo-testes, a gonad containing a testicular and an ovarian part. In XX Rspo1 mutant mice, ovo-testicular development involves precocious differentiation of some granulosa cells and their and reprogramming as Sertoli cells. Thus, these single mutant studies demonstrated that SOX9 and RSPO1 are required for testicular and ovarian development respectively, and that SRY is dispensable for testicular development in XX Rspo1 mice. Interestingly, gonad development in XY and XX Rspo1 Sox9 double knockout (DKO) mice has challenged the requirement of SOX9 for testicular development. In XX Rspo1 single mutants, it was assumed that Sertoli cell differentiation was SOX9-dependent, but co-inactivation of Sox9 in DKO mice does not impair the ovo-testicular phenotype. For XY Sox9 single mutant mice developing ovaries, co-inactivation of Rspo1 in XY DKO mice rescues the sex reversal, though the testes are hypo-plastic. Thus, in XY and XX Rspo1 Sox9 DKO mice, SOX9 and/or SRY are dispensable for testicular differentiation, indicating that an alternate testis factor exists. For my research project, we hypothesized that a SOX9-related transcription factor, SOX8, acts redundantly for testicular development in XY and XX Rspo1 Sox9 DKO mice. Thus, to first establish redundancy among the SOX factors, we first analyzed their expression in Rspo1 mutant mice lacking Sox8 or Sox9, and then generated and analyzed gonad development in XY and XX Rspo1 Sox8 DKO mice. Then to test our hypothesis, we studied Rspo1 Sox8 Sox9 triple knockout (TKO) mice. We predicted that a loss of both Sox genes in TKO mice would prevent granulosa cell reprogramming as Sertoli cells and subsequent testicular development. To characterize gonad development and their effects in DKO and TKO mice, we performed analyses in embryonic day 17.5 (E17.5) mice, when granulosa-to-Sertoli cell reprogramming begins in XX Rspo1 single mutants; in juvenile post-natal day 10 (P10) mice, when gonad fate is set; and in young adult P40 mice. We examined a variety of parameters including gonad morphology and secondary sex characteristics, as well as gonad organization and cell population by histological and immunostaining analyses. We report that SOX8 and SOX9 are expressed independently in XY and XX Rspo1 Sox9 DKO and Rspo1 Sox8 DKO gonads in embryonic and juvenile mice. Next, XY and XX Rspo1 Sox8 DKO mice developed testes and ovo-testes, indicating that loss of one SOX factor does not impair testicular differentiation, as in XY and XX Rspo1 Sox9 DKO mice. In XY and XX Rspo1 Sox8 Sox9 TKO mice, granulosa-to-Sertoli cell reprogramming was impaired at E17.5 and post-natal gonads lacked testicular development. Thus, SOX8 can compensate for the loss of SOX9 in Rspo1 Sox9 DKO mice. In addition, gonads in XY and XX TKO mice developed as atrophied ovaries, indicating that ovarian fate is partially maintained.In total, we investigated the etiology of pathophysiological testicular development in RSPO1 loss-of-function mice. Remarkably, though SOX8 is dispensable for male sex determination in mice, it can promote testicular differentiation in the absence of SRY and SOX9 because of functional redundancy with SOX9. Thus, in human cases of sex reversal where testicular development cannot be explained by misexpression of SRY or SOX9, SOX8 could be a causative factor.