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Déterminant atypique du sexe de la truite arc-en-ciel

Publié le 22/05/2019
Mots-clés : 3PERF-2 - PHASE

quel mécanisme d’action ?

 

 Chez les vertébrés, il existe une remarquable diversité des systèmes de déterminisme du sexe, allant de déterminismes strictement génétiques à des systèmes fortement influencés par des facteurs environnementaux. Dans le cas d’un déterminisme du sexe strictement génétique, on appelle ‘déterminant majeur du sexe’ le gène qui déclenche le processus de différenciation des gonades de l’embryon vers la formation d’ovaires ou de testicules. Les rares gènes déterminants majeurs du sexe actuellement caractérisés sont pour la plupart déjà connus pour être impliqués dans la différenciation de la gonade. La seule exception actuellement connue est le déterminant du sexe des salmonidés (sdY) qui est issu de l’évolution d’un gène de la réponse immunitaire. Les résultats de notre étude montrent que ce déterminant atypique interagit directement avec Foxl2, un acteur majeur et conservé de la différenciation de l’ovaire chez les vertébrés. La formation d’un complexe protéique sdY:Foxl2 empêche l’activation du promoteur du gène responsable de la synthèse des œstrogènes très précocement dans le développement, bloquant la différenciation ovarienne et permettant ainsi à la différenciation testiculaire de s’enclencher. SdY n’agit donc pas via sa fonction immunitaire « ancestrale » mais via l’acquisition d’une nouvelle fonction de régulation de la stéroïdogenèse.

  • Contexte et enjeux

La détermination du sexe est un des processus biologiques les plus plastiques du vivant et la plupart des gènes déterminants du sexe caractérisés jusqu’à maintenant chez les vertébrés sont issus de l’évolution de gènes déjà connus pour être impliqués dans la différenciation de la gonade1. Ainsi d’une certaine façon ces déterminants du sexe classiques vont contrôler in fine la voie de différenciation dont ils sont issus. La seule exception actuellement connue à cette règle est le déterminant du sexe des salmonidés (sdY)2,3 qui est issu de l’évolution du gèneirf9, qui code pour la protéine « interferon regulatory factor 9 », un acteur de la réponse immunitaire des vertébrés. Il était donc important de mieux comprendre comment ce déterminant du sexe atypique pouvait contrôler la différenciation du sexe chez la truite, et si pour ce fairesdY avait acquis une nouvelle fonction (hypothèse de néo-fonctionnalisation) ou s’il utilise toujours, totalement ou en partie, des médiateurs de la voie de régulation de son ancêtre c.a.d., la voie de l’interféron (hypothèse de sous-fonctionnalisation).

  • Résultats

Nos résultats démontrent que le déterminant du sexe atypique des salmonidés interagit directement avec Foxl2 qui est un acteur majeur et conservé de la différenciation de l’ovaire chez les vertébrés4. En présence de Foxl2, SdY est internalisé dans le noyau ou le complexe protéique SdY:Foxl2 va empêcher l’activation du promoteur du gène responsable de la synthèse des estrogènes (cyp19a1a). Ce blocage de la transcription decyp19a1a par SdY n’est effectif que sur l’action synergique de Foxl2 avec un autre activateur transcriptionnel des gènes de la stéroidogénèse, le gènenr5a1 ousf1 (steroidogenic factor 1). En bloquant ainsi de façon très précoce durant le développement une boucle de régulation positive nécessaire à la synthèse des œstrogènes, SdY empêche la mise en place de la différenciation ovarienne qui est connue pour être œstrogèno-dépendante chez beaucoup de poissons mais aussi probablement de vertébrés. Cette action anti-ovarienne permet donc à la différenciation testiculaire de s’enclencher. Nos résultats suggèrent au final que l’évolution des déterminants du sexe est probablement fortement contrainte par leur capacité à interagir avec la voie conservée de différentiation des gonades chez les vertébrés, et que l’évolution desdY depuis son ancêtreirf9 semble relever plutôt d’un processus de néo-fonctionnalisation.

  • Perspectives

Ces résultats renforcent l’idée que la voie de synthèse des œstrogènes est une étape cruciale et précoce de la différenciation gonadique chez les poissons5. D’un point de vue appliqué ces connaissances pourraient permettre de mieux contrôler le sexe des salmonidés en particulier, et des poissons en général, en ciblant cette étape cruciale de production des œstrogènes dans l’ovaire en cours de différenciation. D’un point de vue fondamental nous souhaitons maintenant approfondir si cette capacité d’interaction de SdY avec Foxl2 est réellement une innovation fonctionnelle ou si les facteurs de régulation de l’interféron (facteurs de transcription IRF) portent déjà cette capacité d’interaction avec les protéines à domaine forkhead (facteurs de transcription FOX).

  • Valorisation

Bertho, S., Herpin , A., Branthonne, A., Jouanno, E., Yano, A., Nicol, B., Muller, T., Pannetier, M., Pailhoux, E., Miwa, M., Yoshizaki, G., Schartl, M., Guiguen, Y. 2018. The unusual rainbow trout sex determination gene hijacked the canonical vertebrate gonadal differentiation pathway. Proceedings of the National Academy of Sciences (in press). DOI: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1803826115.

  • Références bibliographiques

1.  Herpin, A. & Schartl, M. Plasticity of gene-regulatory networks controlling sex determination: of masters, slaves, usual suspects, newcomers, and usurpators. EMBO Rep. 16, 1260–1274 (2015).

2.  Yano, A. et al. An Immune-Related Gene Evolved into the Master Sex-Determining Gene in Rainbow Trout,Oncorhynchus mykiss. Curr. Biol. 22, 1423–1428 (2012).

3. Yano et al., The sexually dimorphic on the Y-chromosome gene (sdY) is a conserved male-specific Y chromosome sequence in many salmonids. Evol Appl. 6(3):486-96 (2013).

4.  Bertho, S. et al. Foxl2 and Its Relatives Are Evolutionary Conserved Players in Gonadal Sex Differentiation. Sex. Dev. 10, 111–129 (2016).

5. Guiguen et al. Ovarian aromatase and estrogens: a pivotal role for gonadal sex differentiation and sex change in fish. Gen Comp Endocrinol. 165(3):352-66 (2010).

  • Contact

Yann Guiguen, Unité LPGP, Département PHASE, Centre Rennes Bretagne-Normandie