DEVELOPPEMENT EMBRYOLOGIQUE DE L’APPAREIL GENITAL R DEVELOPPEMENT EMBRYOLOGIQUE DE L’APPAREIL GENITAL R.Cabry-Goubet CCA, Laboratoire de Cytogénétique et Biologie de la Reproduction Amiens

L’APPAREIL GENITAL MASCULIN Quelques éléments d’anatomie Organes génitaux internes Gonades = testicules Voies génitales = voies spermatiques intra et extra testiculaires VSIT= tubes droits, rete-testis VSET = cônes efférents, canal épididymaire, canal déférent, canal éjaculateur, urètre Organes génitaux externes = verge Glandes génitales = vésicules séminales prostate glandes de Cowper

L’APPAREIL GENITAL FEMININ Quelques éléments d’anatomie Organes génitaux internes Gonades = ovaires Voies génitales = trompes, utérus, vagin Organes génitaux externes = vulve (grandes et petites lèvres)

Les 3 grandes étapes 1. Formation et migration des gonocytes primordiaux (fin de la 3ème sem DE) 2. Constitution de l’ébauche génitale indifférenciée (4ème-6ème sem DE) 3. Différenciation sexuelle (7ème – 12ème sem DE)

1.1 Formation des gonocytes primordiaux Cellules souches de la lignée germinales Quand? Débute à la fin 3° semaine DE Où? Cellules se détachant de l’épithélium entoblastique qui tapisse la vésicule ombilicale, proche de l’abouchement de l’allantoïde (situation extra-emb)

1.2 Migration des gonocytes primordiaux au cours de la délimitation long de l’embryon (4ème sem DE) Migration extra-embryonnaire: détachement de l’épithélium entoblastique et migration au sein du mésoblaste extra-embryonnaire Migration intra-embryonnaire: les gonocytes pénètrent dans l’embryon en passant le long du mésentère intestinal dorsal

2.1: Ebauche génitale indifférenciée, point de départ Appareil génital et appareil urinaire ont une origine commune = le mésoblaste intermédiaire (mésoblaste intra-embryonnaire) Pendant l’inflexion de l’embryon (4ème DE), le mésoblaste intermédiaire forme une masse longitudinale = Crête uro-génitale. La crête uro-génitale est constituée de 2 parties: - Le cordon néphrogène → Appareil urinaire - L’ébauche génitale indifférenciée → Appareil génital

2.1 Mise en place de la gonade indifférenciée Prolifération de l’épithélium cœlomique + Condensation du mésoblaste sous-jacent = Gonade indifférenciée =Crête génitale Quand? Au cours de la 4ème sem DE Où? Entre le mésonéphros et le mésentère dorsal

2.2 Evolution de la gonade indifférenciée à la 5ème sem DE Les gonocytes primordiaux en migration atteignent la gonade indifférenciée Ils induisent des formations cordonales au sein de la prolifération de l’épithélium coelomique qui s’enfoncent dans la condensation mésoblastique sous-jacente Ce sont les cordons sexuels primaires Ces cordons sexuels primaires assurent la survie des gonocytes primordiaux Début de la pédiculisation de la gonade indifférenciée(individualisation)

2.3 Evolution de la gonade indifférenciée à la 6ème sem DE La gonade indifférenciée se présente comme une masse ovoïde, complètement pédiculisée bombant dans la cavité coelomique Les gonocytes primordiaux ont terminé leur migration et se trouvent dans le mésoblaste intra-gonadique, entre les cordons sexuels primaires.

2.4 Mise en place des voies génitales Evolution des canaux de Wollf (1) Evolution commune au dvp de l’appareil urinaire 3ème sem DE: Différenciation du mésoblaste intra- embryonnaire en: - Mésoblaste para-axial - Mésoblaste intermédiaire - Mésoblaste latéral

2.4 Mise en place des voies génitales Evolution des canaux de Wollf (2) Le mésoB intermédiaire est également appelé cordon néphrogène dans lequel on distingue: - le cordon pronéphrogène = pronéphros (région cervicale et thoracique sup) - le cordon mésonéphrogène = mésonéphros (région thoracique inf et lombaire) - le cordon métanéphrogène = métanéphros (région sacrée)

2.4 Mise en place des voies génitales Evolution des canaux de Wollf (3) 3ème sem DE Au niveau du pronéphros se produit la métamérisation induisant la formation de néphrotomes Chaque néphrotome s’abouche par son extrémité proximale dans le coelome interne Les extrémités distales des néphrotomes communiquent entre elles et constituent un canal unique: le canal pronéphrotique longitudinal

2.4 Mise en place des voies génitales Evolution des canaux de Wollf (4) 4ème sem DE La métamérisation survient également au niveau de l’extrémité distale du mésonéphros de manière retardée par rapport à celle du pronéphros. La portion distale du mésonéphros s’abouche dans la prolongation du canal pronéphrotique longitudinal qui devient le canal mésonéphrotique = canal de Wolff

2.4 Mise en place des voies génitales Evolution des canaux de Wollf (5) 5ème sem DE Les canaux de Wolff s’abouchent dans la portion cloacale de l’allantoïde

2.4 Mise en place des voies génitales Evolution des canaux de Muller (1) 5ème sem DE Au niveau de l’épithélium coelomique se creuse de part et d’autre une gouttière qui constitue par fermeture de ses berges un canal qui s’enfonce dans le mésoblaste sous-jacent = Canaux de Muller

2.4 Mise en place des voies génitales Evolution des canaux de Muller (2) 6ème sem DE Les canaux de Muller s’abouchent dans la portion cloacale de l’allantoïde, en dedans des abouchements des canaux de Wolff

2.4 Canaux de Wolff et de Muller Sur la partie proximale de leur trajet, les canaux de Müller sont en dehors des canaux de Wolff Ils se croisent en avant et s’unissent sur la ligne médiane

2.5: Mise en place des OGE indifférenciés (1) Au cours de la 3ème sem DE Epaississement autour membrane cloacale constituant les replis cloacaux (épaississement du mésoblaste sous-jacent) Bombement antérieur des replis cloacaux constituant l’éminence cloacale

2.5: Mise en place des OGE indifférenciés (2) Au cours de la 5ème sem DE Cloisonnement du cloaque en 2 parties: - sinus uro-génital en avant fermeture par la membrane urogénitale replis cloacaux évoluant en replis génitaux doublement des replis génitaux = bourrelets génitaux L’éminence cloacale devient le tubercule génital

2.5: Mise en place des OGE indifférenciés (2) Au cours de la 5ème sem DE - canal ano-rectal en arrière fermeture par la membrane anale replis cloacaux évoluant en replis anaux

Synthèse: A la fin de la 6ème sem DE - la gonade indifférenciée est individualisée avec les cordons sexuels primaires et les gonocytes primordiaux - les canaux de Wolff et de Muller sont en place (2 paires de canaux = 4 canaux constituant le cordon génital) - les OGE indifférenciés sont en place La différenciation sexuelle peut commencer…

DIFFERENCIATION SEXUELLE FEMININE 1. Formation des ovaires 2. Evolution des gonocytes primordiaux 3. Développement des voies génitales 4. Développement des OGE 5. Glandes génito-urinaires 6. Résidus Wolffiens et Müllériens

1. Formation des ovaires (1) Evolution de la gonade indifférenciée à la 7ème sem DE Nouvelle prolifération de l’épithélium coelomique = 2ème poussée cordonale : cordons sexuels II de Valentin-Pflüger, constitueront après fragmentation les C folliculaires La prolifération de l’épithélium coelomique est arrêtée par l’apparition d’ une fine couche de tissu conjonctif séparant les cordons sexuels II de leur zone germinative L’épithélium coelomique prend alors le nom d’épithélium germinatif: il recouvre l’ovaire en périphérie.

1. Formation des ovaires (2) Les cordons sexuels primaires en involution sont repoussés dans la future zone médullaire ovarienne Les gonocytes primordiaux se multiplient et se localisent dans la future zone corticale de l’ovaire. Le tissu mésoblastique intra-embryonnaire ovarien constitue le stroma ovarien

1. Formation des ovaires (3) L’ovaire est donc constitué de 3 éléments d’origine embryologique distincte: 1. Les ovocytes I (gonocytes primordiaux) dérivent de l’épithélium entoblastique allantoidien 2. Les cellules folliculaires (cordons sexuels II) dérivent de l’épithélium coelomique 3. Le stroma ovarien dérive du mésoblaste intra-embryonnaire

2. Evolution des gonocytes primordiaux Ils se transforment en ovogonies puis en ovocytes I bloqués en prophase de 1ère division de méiose. Ils constituent alors un stock non renouvelable, fixé au 7ème mois de la grossesse Les ovocytes I se localisent dans la corticale ovarienne, ils sont entourés d’une assisse de cellules folliculaires (ovocyte I+ C folliculaires = follicule primordial) La fin de la 1ère division de méiose sera induite par l’ovulation en phase d’activité génitale

3. Développement des voies génitales (1) A la 7ème sem DE 1. Régression des canaux de Wolff 2. Prolifération des canaux de Müller qui vont s’accoler au niveau de leur partie inférieure Portions non accolées = trompes Portions accolées = utérus Zone d’abouchement = vagin

3. Développement des voies génitales (2) Les portions non accolées des canaux de Muller (partie supérieure) constitueront les trompes qui s’ouvrent par l’ostium dans la cavité péritonéale Les portions accolées des canaux de Muller (→endomètre induisent une condensation du mésoblaste intra-embryonnaire (→myomètre) . Initialement, les lumières des 2 canaux de Muller sont séparées par une cloison: utérus bicorne. 4ème mois de DE: fusion des canaux de Muller: lumière unique

3. Développement des voies génitales (3) Initialement, les lumières des 2 canaux de Muller sont séparées par une cloison: utérus bicorne. 4ème mois de DE: fusion des canaux de Muller: → lumière unique (forme définitive de l’utérus)

3. Développement des voies génitales (4) La zone d’abouchement des canaux de Muller au niveau du sinus uro-génital constitue le tubercule Mullérien. Au contact du tubercule Mullérien, l’épithélium du sinus uro-génital s’épaissit et constitue les bulbes sino-vaginaux.

3. Développement des voies génitales (5) Allongement du tubercule Mullérien dont la lumière se creuse au cours du 3ème mois de DE: partie supérieure du vagin Les bulbes sino-vaginaux constituent la partie inférieure du vagin Jonction entre le tubercule Mullérien et les bulbes sino-vaginaux = hymen

4. Développement des OGE A la 7ème sem DE Tubercule génital → clitoris Replis génitaux → petites lèvres Bourrelets génitaux → grandes lèvres Les petites lèvres limitent le vestibule - méat urétral en avant - orifice vaginal en arrière

5. Glandes génito-urinaires Apparaissent au cours du 3ème mois de DE Glandes de Skene et glandes de Bartholin = évagination de la partie distale de l’urètre Glandes de Skene : au regard du méat urétral Glandes de Bartholin: au regard de l’orifice vaginal

6. Résidus Wolffiens et Mullériens Canaux de Wolff : - l’hydatide pédiculée - l’époophore ou organe de Rosenmüller - le canal de Gartner Corps de Wolff : - le rete ovarii - leparaoophore

DIFFERENCIATION SEXUELLE MASCULINE 1. Formation des testicules 2. Evolution des gonocytes primordiaux 3. Développement des voies génitales 4. Développement des OGE 5. Glandes génito-urinaires 6. Résidus Wolffiens et Müllériens

1. Formation des testicules (1) A la 7ème sem DE Prolifération des cordons sexuels primaires qui se transforment en cordons séminifères. Séparation de l’épithélium coelomique des cordons sexuels primaires par du tissu conjonctif qui se densifie en capsule = l’albuginée. L’albuginée envoie des travées conjonctives qui délimitent les lobules testiculaires.

1. Formation des testicules (2) Evolution des cordons sexuels primaires 1. Certains se creusent et constituent les tubes séminifères Les cellules recouvrant les tubes séminifères dérivent donc de l’épithélium coelomique: ce sont les cellules de Sertoli. 2. D’autres ne se creusent pas et constituent des cordons cellulaires pleins situés entre les tubes séminifères constituant le tissu interstitiel et les cellules de Leydig

1. Formation des testicules (3) Voies spermatiques intra-testiculaires Les tubes séminifères se prolongent en un large réseau anastomotique constituant le rete-testis . Les tubes mésonéphrotiques qui s’abouchent au rete-testis persistent et font communiquer le rete-testis au canal de Wolff: ce sont les cônes ou canaux efférents

1. Formation des testicules (4) Migration du testicule 3ème mois: localisation pelvienne 7ème mois: début de la migration par le canal inguinal 8ème mois: localisation définitive dans le scrotum

2. Evolution des gonocytes primordiaux Les gonocytes primordiaux sont au contact des cordons séminifères et se trouveront donc dans la lumière des tubes séminifères, au contact avec les cellules de Sertoli. Ils sont bloqués au stade de spermatogonies La spermatogénèse commence à la puberté

3. Développement des voies génitales A la 7ème sem DE Prolifération des canaux de Wolff Canal épididymaire Canal déférent Vésicules séminales Canal éjaculateur 2. Régression des canaux de Müller

4. Développement des OGE A la 7ème sem DE Tubercule génital → pénis Replis génitaux → canal urétral Bourrelets génitaux → scrotum

5. Glandes génito-urinaires Apparaissent au cours du 3ème mois de DE Glandes bulbo-urétrales de Cowper = évagination de la partie proximale de l’urètre pénien Glandes de Littre: = évaginations disséminées de l’épithélium urétral Prostate = évaginations de l’épithélium urétral

6. Résidus Wolffiens et Mullériens Canaux de Wolff: - l’hydatide pédiculée - Canaux de Haller - Organe de Giraldes Canaux de Muller: - l’hydatide sessile - l’utricule prostatique

Le déterminisme sexuel Comment la gonade et les voies génitales indifférenciées s’orientent-t-elles vers une différenciation féminine ou masculine? Le déterminisme sexuel

Quelques définitions (1) La différenciation sexuelle Processus d’évolution de l’ébauche génitale indifférenciée en: - gonade/OGI et OGE masculins - gonade/OGI/OGE féminins Le déterminisme sexuel Mécanismes à l’origine de la différenciation sexuelle de l’ébauche génitale.

Quelques définitions (2) Sexe génétique = sexe chromosomique Sexe déterminé génétiquement suite à la fécondation: - 46,XY: orientation masculine - 46,XX: orientation féminine Sexe gonadique= sexe génital Sexe déterminé par l’évolution de la gonade indifférenciée: - testicules: orientation masculine - ovaires: orientation féminine

Quelques définitions (3) Sexe phénotypique= sexe somatique Sexe déterminé par l’évolution des OGE - OGE masculins: orientation masculine - OGE féminins: orientation féminine Sexe psychique Sexe déterminé par l’orientation sexuelle

47,XXY (Sd Klinefelter): Hommes 1. Rôle du chromosome Y (1) Une observation Quel que soit le nombre de chromosomes X présents, l’existence d’un seul chromosome Y entraîne toujours un phénotype mâle 45,X (Sd Turner): Femmes 47,XXY (Sd Klinefelter): Hommes Il y a donc au niveau du chromosome Y une zone responsable de la différenciation masculine

1. Rôle du chromosome Y (2) L’étude génétique de sujets ayant une dissociation entre leur caryotype et leur phénotype (homme XX femme XY) a permis de préciser le segment du chromosome Y impliqué dans la différenciation sexuelle. L’effet masculinisant du Y est lié à la présence d’un facteur appelé TDF = facteur de détermination testiculaire. La présence de ce facteur est lié à un gène: le gène SRY, localisé sur le chromosome Y.

1. Rôle du chromosome Y (3) Gène SRY (Sex determining Region Y chromosome) Exon unique qui code pour une protéine de 204 acides aminés, le TDF

D’après D. PAGE, 2001

2. Autres gènes du déterminisme sexuel Gènes de la différenciation masculine - Gène WT1: chromosome 11 - Gène SF1: chromosome 9 - Gène SOX9: chromosome 17 Gènes de la différenciation féminine - Gène DAX1: chromosome X - Gène WNT4: chromosome 1

Mode d’action de DAX1 (1) gonades testicule ovaire Y SRY DAX1 DAX1 inactif X X Y SRY DAX1 (2 copies) gonades testicule ovaire Dysgénésie gonadique phénotype masculin féminin féminin

Mode d’action de DAX1 (2) DAX1 est réprimé par TDF Y SRY DAX1 (2 copies) DAX1 est réprimé par TDF = «anti testiculaire» Dysgénésie gonadique féminin

gonade bipotentielle SRY WT1 SF1 SOX9 DAX1 WNT4 Ovaire Testis

gonade bipotentielle DAX1 WNT4 SRY WT1 SF1 SOX9 Testis Ovaire

D’autres gènes interviennent également dans… Mise en place des crêtes génitales - WT1 (Wilm’s Tumor Suppressor 1) - SF1 (steroidogenic factor) - Emx2 (Empty-Spiracles Homeoboxgene 2) - Lhx9 (Lim Homeobox gene 9) Survie des gonocytes pendant migration - Récepteur c-KIT présent à leur surface - Interaction avec le ligand : Stem Cell Factor produit par les tissus environnant

3. Différenciation masculine SRY SOX9 SF1 Développement des cordons sexuels primitifs et des cellules de Sertoli Les cellules de Sertoli synthétisent: AMH: involution des canaux de Muller Dhh: différenciation des cellules de Leydig et production de testostérone: 1. Dvpmt des canaux de Wolff 2. Transformation de la testostérone en Dhtestostérone (effet 5αred) et masculinisation des OGE

(Cellules interstitielles) Cellules de Sertoli (Cellules nourricières) Dhh Desert Hedgehog/patched 1 AMH Formation des tubules seminifères Enserrent les cellules germinales Dégénérescence des canaux mulleriens Différenciation des cellules de Leydig (Cellules interstitielles) Formation des cordons séminifères testostérone

Rôle particulier de INSL3 chez l’homme (Insuline-like hormone 3): Facteur de la migration testiculaire Hormone produite par les cellules de Leydig. Contrôle de la croissance du gubernaculum

3. Différenciation féminine DAX1 WNT4 FOXL2 Involution des cordons sexuels primitifs Absence d’AMH: absence de dégénérescence des canaux de Muller Absence de testostérone: 1. Absence de développement des canaux de Wolff 2. Féminisation des OGE

(Cellules interstitielles) Cellules de Sertoli (Cellules nourricières) Dhh Desert Hedgehog/patched 1 AMH Formation des tubules seminifères Enserrent les cellules germinales Dégénérescence des canaux mulleriens Différenciation des cellules de Leydig (Cellules interstitielles) Formation des cordons séminifères testostérone

ANOMALIES DE LA DIFFERENCIATION ET DU DETERMINISME SEXUEL

1. Les anomalies du caryotype 2. Les pseudo-hermaphrodismes 3 1. Les anomalies du caryotype 2. Les pseudo-hermaphrodismes 3. Les réversions sexuelles 3. Les anomalies malformatives isolées 5. CAT devant une AS à la naissance

1. Les anomalies du caryotype Responsables de Dysgénésies gonadiques= anomalies du développement des gonades Phénotype féminin Syndrome de Turner (45X) Triple X (47XXX) Hermaphrodisme vrai (mosaïque XY/XX) = coexistence des structures ovariennes et testiculaires Phénotype masculin Syndrome de Klinefelter (47XXY) Double Y (47XYY)

2. Les pseudo-hermaphrodismes (1) Pseudo- hermaphrodismes = Non concordance entre le sexe chromosomique et le sexe phénotypique Hommes XX = virilisation d’un S féminin = PH féminins Femmes XY = féminisation d’un S masculin = PH masculins

2. Les pseudo-hermaphrodismes (2) Pseudo- hermaphrodismes féminins Gonade = ovaires OGI masculins OGE masculins 1. Hyperplasie congénitale des surrénales (déficit enzymatique voie de synthèse du cortisol) 2. Tumeur ovarienne maternelle androgéno-sécrétante 3. Cause iatrogène

Hommes XX Formule chromosomique 46XX Phénotype féminin normal X X Phénotype masculin X X SRY+

2. Les pseudo-hermaphrodismes (3) Pseudo- hermaphrodismes masculins 1. Trouble de la synthèse ou de l’action périphérique de la testostérone -Déficit enzymatique voie de synthèse des androgènes - Déficit en 5alpha réductase - Insensibilité aux androgènes (testicule féminisant)

2. Les pseudo-hermaphrodismes (3) -Déficit enzymatique voie de synthèse des androgènes Gonade = testicule OGI absents OGE féminins - Déficit en 5alpha réductase OGI masculins - Insensibilité aux androgènes (testicule féminisant)

2. Les pseudo-hermaphrodismes (4) 2.Agénésie des cellules de Leydig Gonade = testicule OGI = absent OGE = féminins 3. Défaut de sécrétion de l’AMH = Hommes à utérus OGI = masculins + féminins OGE = masculins

des structures Mülleriennes (résistance aux androgènes) Formule chromosomique Femmes XY Phénotype masculin normal Phénotype féminin 46XY SRY- SRY muté X Y Dysgénésie gonadique Absence d’AMH Présence de trompes et d’utérus Régression des structures Mülleriennes (résistance aux androgènes) SRY+ X Y X Y Testicules présents Sécrétion d’AMH

3. Les réversions sexuelles (1) Hommes XX (SRY+) Gonade = testicules OGI masculins OGE masculins Femmes XY (SRY-) = Syndrome de Swyer Gonade = ovaires OGI féminins OGE féminins

3. Les réversions sexuelles (2) Autres gènes responsables de réversion sexuelle Anomalies de WT1: Syndrome de Denys-Drash Anomalies de SF1 Anomalies de SOX 9: dysplasie campomélique Anomalies de DAX1 Anomalies de WNT4

SRY WT1 SF1 SOX9 DAX1 WNT4 Ovaire Testis Absence du gène chez des individus XY Reversion sexuelle H-F Duplication du gène chez des individus XY Réversion sexuelle H-F Gonade bipotentielle SRY WT1 SF1 SOX9 DAX1 WNT4 Ovaire Testis

4. Les anomalies malformatives isolées chez la femme (1) Anomalies de développement des canaux de Müller: - Agénésie totale des CM (syndrome de Rokytansky-Kuster-Hauser) - Agénésies partielles des CM utérus unicorne (agénésie unilatéral CM) - défaut d’accolement des CM = hémi-utérus utérus bicorne unicervical ou bicervical - défaut de fusion des CM = utérus cloisonés

4. Les anomalies malformatives isolées chez la femme (2) Imperforations hyménéales Ovaires ectopiques Migration de type testiculaire avec localisation dans les grandes lèvres Anomalies vaginales vagins doubles, cloisonnés, absents Anomalies des OGE: soudure des petites lèvres

4. Les anomalies malformatives isolées chez l’homme Cryptorchidie = ectopie testiculaire liée à une absence de migration ou à une migration incomplète Hypospade = anomalie d’implantation urétrale (abouchement de l’urètre à la face ventrale de la verge) Espade (abouchement de l’urètre à la face dorsale de la verge)

5. CAT devant une ambigüité sexuelle 1. Eliminer une hyperplasie congénitale des surrénales : urgence vitale +++ 2. Echographie pelvienne + génito-scrotale Identifier les gonades + OGI 3. Caryotype