Les scientifiques savent que la détermination du sexe chez les vertébrés se produit dans les cellules germinales, les cellules reproductrices d'un corps, et les cellules somatiques, les cellules qui ne sont pas des cellules reproductrices. Pourtant, ils n'ont pas entièrement compris les mécanismes par lesquels cela se produit. Pour mieux comprendre le processus de détermination du sexe des cellules germinales, une équipe de recherche a analysé les cellules germinales chez les poulets en utilisant le séquençage de l'ARN pour prédire le mécanisme qui détermine le sexe. Leur étude donne un aperçu du mécanisme de détermination du sexe chez les oiseaux.

L'équipe de recherche de l'université d'Hiroshima a publié ses découvertes dans la revue Scientific Reports le 17 août 2022.

"Alors que des études antérieures ont démontré que les cellules germinales primordiales de poulet possèdent une caractéristique dans la détermination du sexe, son mécanisme reste incertain. Pour résoudre ce défi, nous avons révélé des profils d'expression génique de cellules germinales primordiales mâles et femelles dérivées d'embryons précoces de poulet, puis prédit la mécanisme de détermination du sexe », a déclaré Kennosuke Ichikawa, chercheur postdoctoral au Genome Editing Innovation Center de l'Université d'Hiroshima. Cette recherche est la première à prédire le mécanisme de détermination du sexe en comparant les profils d'expression génique des cellules germinales primordiales aviaires à chaque stade embryonnaire, ainsi qu'en utilisant un test de stimulation.

Les oiseaux ont des mécanismes uniques de détermination du sexe, qui sont différents des mammifères. Chez les mammifères, qui ont un système chromosomique sexuel XX (femelle)-XY (mâle), la détermination de leur sexe dépend de l'action du chromosome Y. Chez les oiseaux, qui ont un système chromosomique sexuel ZZ (mâle)-ZW (femelle), leur sexe dépend de l'action du chromosome Z. Pourtant, le mécanisme moléculaire de la détermination du sexe reste incertain. Le développement des glandes reproductrices appelées gonades, en ovaires ou en testicules, et le développement d'autres caractéristiques sexuelles sont au moins partiellement cellulaires autonomes. L'enquête des chercheurs sur le mécanisme de détermination du sexe chez les oiseaux leur donne un aperçu de l'évolution des mécanismes de détermination du sexe des vertébrés.

Pour étudier les mécanismes sous-jacents à la détermination du sexe dans les cellules germinales aviaires, l'équipe a purifié les cellules germinales primordiales mâles et femelles du sang et des gonades, en utilisant le tri cellulaire activé par fluorescence. Avec ce procédé, ils ont atteint une pureté supérieure à 96 %. Ils ont déterminé les profils d'expression génique des cellules germinales primordiales à chaque stade de développement pour chaque sexe à l'aide d'une analyse de séquençage d'ARN, où le séquençage de nouvelle génération est utilisé pour examiner la quantité et les séquences d'ARN dans un échantillon. Then, the researchers predicted the sex-determination mechanism of the primordial germ cells using bioinformatic analysis, where computer tools are used to understand biological data. To evaluate the prediction, they stimulated male primordial germ cells with retinoic acid in vitro, and examined the changes in gene expression.

Before settling in the gonads, the female circulating primordial germ cells obtained from blood displayed sex-biased expression. The primordial germ cells from the gonads also exhibited sex-biased expression, and the number of female-biased genes detected was higher than that of male-biased genes. The team realized that the female-biased genes in the primordial germ cells were enriched in some metabolic processes. To reveal the mechanisms underlying this process, the researchers performed stimulation tests.

The team used retinoic acid to stimulate the cultured primordial germ cells collected from male embryos. This stimulation resulted in the upregulation—the process where a cell's components increase—of several female-biased genes. Overall, their results suggest that sex determination in avian primordial germ cells involves aspects of both cell-autonomous and somatic-cell regulation. Moreover, it appears that sex determination occurs earlier in females than in males.

"We successfully predicted female-specific potential processes and pathways in chicken primordial germ cells. We believe our data set can significantly contribute to elucidating the avian sex determination mechanism," said Ichikawa.

Looking ahead to future work, the team plans to use the data set to identify the key molecules directly inducing the feminization of chicken primordial germ cells. "The ultimate goal of this study is to elucidate the sex determination mechanism and then establish a sex selection method in chickens using genome editing targeting the key molecules," said Ichikawa. + Explorer plus loin

Male-biased protein expression discovered in fruit flies