Elucidation of the biological roles of Wnt5a signaling in follicle development

Abstract

La santé folliculaire est déterminée par un nombre de facteurs endocriniens, paracrines et autocrines. Les gonadotrophines hypophysaires sont les principaux moteurs du développement du follicule, mais leurs actions sont modulées localement par les hormones et des facteurs de croissance. Les glycoprotéines de la famille des WNTs représentent une grande famille de molécules impliquées dans différentes voies de signalisation. Ils sont sécrétés dans le but de moduler et coordonner la réponse des follicules aux gonadotrophines, et leurs activités sont indispensables à la fonction ovarienne et à la fertilité féminine. Les WNTs sont généralement classés en fonction de la (des) voie(s) qu’ils activent. Le rôle des membres de la voie canonique WNT et de ses composants tels que CTNNB1, WNT4, WNT2, FZD1 et FZD4 est bien établi au cours du développement du follicule chez les rongeurs. Un rôle similaire des WNTs dans les espèces mono-ovulatoires demeure essentiellement inconnu. De plus, le rôle des WNT non canoniques dans l'ovaire de rongeurs est méconnu. Les objectifs de cette thèse sont (1) d'élucider la régulation hormonale de l'expression de WNT5A et le rôle physiologique de WNT5A dans les cellules de la granulosa bovine in vitro et (2) d'identifier les rôles physiologiques de WNT5A dans l'ovaire de souris par inactivation génique conditionnelle. Chacun de ces objectifs a mené à la publication d’un article à partir des résultats obtenus au cours de cette thèse. Dans le premier article, le rôle de WNT5A dans les cellules de la granulosa bovine a été étudié in vitro. Nous avons constaté que WNT5A est un régulateur négatif de la stéroïdogenèse stimulée par la FSH issue des cellules de la granulosa, et qu'il agit en supprimant l'activité de signalisation des WNTs canoniques tout en induisant la voie de signalisation MAPK8/JUN. le deuxième article, afin d’examiner le rôle de deux WNTs non-canoniques, WNT5A et WNT11, à différents stades de développement folliculaire, nous avons généré des modèles de souris knock-out conditionnels ciblant les cellules de la granulosa pour chacun de ces WNTs. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence que WNT5A est nécessaire pour assurer la fertilité normale chez la femelle, le développement folliculaire et la stéroïdogenèse ovarienne. Il est aussi un antagoniste de la réponse aux gonadotrophines, agissant par l’intermédiaire de la suppression de la signalisation canonique des WNTs. Chez les souris knock-out pour WNT11, nous ne constatons aucun défaut important dans la fertilité des femelles. L’ensemble de notre travail met en évidence que WNT5A est essentiel pour le développement normal du follicule et qu’il agit pour inhiber la différenciation des cellules de la granulosa. En résumé, nous avons fourni une étude novatrice et approfondie, utilisant plusieurs modèles et techniques pour déterminer les mécanismes par lesquels WNT5A régule le développement des follicules.

Follicle health is determined by an array of endocrine, paracrine and autocrine factors. Pituitary gonadotropins (LH and FSH) are major drivers of follicle development, but their actions are modulated by local hormones and growth factors. The WNT family of secreted glycoproteins are signaling molecules that act to modulate and coordinate follicular responses to the gonadotropins, and whose activities are indispensable for ovarian function and female fertility. WNTs are normally categorized according to pathway(s) via which they signal. The role of canonical WNT members and components such as CTNNB1, WNT4, WNT2, FZD4 and FZD1 is well established during follicle development in rodents. Whether WNTs play similar roles in monovular species remains essentially unknown. Moreover, the role of non-canonical WNTs in the rodent ovary is unclear. The objectives of the present thesis were (1) to elucidate the hormonal regulation of WNT5a expression and the physiological role of WNT5a in bovine granulosa cells in vitro and (2) to identify the physiological roles of WNT5a in the mouse ovary by conditional gene inactivation. The results of this thesis are presented in two articles. In the first article, the role of WNT5a in bovine granulosa cells was investigated in vitro. We found that WNT5A is a negative regulator of FSH-stimulated granulosa cell steroidogenesis, and that it acts by suppressing canonical WNT signaling activity and inducing the noncanonical MAPK8/JUN pathway. In the second article, we generated granulosa-specific knockout mouse models to examine the roles of two non-canonical WNTs, WNT5a and WNT11, in different stages of the follicular development. Our results showed that WNT5a is required for normal female fertility, follicle development and ovarian steroidogenesis, and is an antagonist of gonadotropin responsiveness that acts via the suppression of canonical WNT signaling. However we did not observe any significant defects in fertility of WNT11 knockout mice. Together, our work demonstrates that WNT5a is essential for normal follicle development and acts to inhibit differentiation in granulosa cells. In overview, we provided a novel and comprehensive investigation, using multiple models and techniques, to determine the mechanisms by which WNT5a regulates follicle development.