Abstract Mammalian female sex development was considered a default developmental pathway. However, the deletion of the Wnt4 gene, a member of the Wnt family of secreted signals, was shown to reverse the sex of XX female mouse embryo and caused exhibition of certain male characteristics. This indicated that the female sexual development cannot be default but depends on active signaling and cell-cell interaction. The aim of the current study was to reveal the functional role of the Wnt4 gene in the control of sex determination, ovariogenesis and female sex duct formation. This study demonstrates that testosterone is produced by the ovary of Wnt4-deficient female embryos. The inhibition of androgen action by an antiandrogen, flutamide, during gestation leads to complete degeneration of the Wolffian ducts in 80% of the Wnt4 mutant females. This suggests that testosterone is the possible mediator of the masculinization phenotype in Wnt4-deficient females. Wnt4 is expressed by ovarian somatic cells, which are vital for the control of female germline development. This work has shown that Wnt4 is the factor maintaining germ cell cysts, cell-cell interaction and early follicular gene expression. In addition, the findings indicate a critical role for Wnt4/5a signaling in meiosis. Our research has proven that Wnt4 has roles during postnatal ovary development as its defective signaling leads to premature ovarian failure associated with diminished Amh levels, defective basement membrane and cell polarization. The Mullerian duct, the anlagen of oviduct, uterus and upper part of vagina, does not form in Wnt4-deficient females. This study indicates that Wnt4 is needed for migration initiation and maintenance during Mullerian duct formation prenatally. During the postnatal uterine differentiation Wnt4 is essential for endometrial gland formation. The present study provides new evidence for Wnt4 function during embryonic and adult female sexual differentiation. / Tiivistelmä Nisäkkäiden naaraspuolista kehitystä pidettiin aiemmin sukupuolisen erilaistumiskehityksen oletusarvona. Signaloivien proteiinien Wnt-perheeseen kuuluvan Wnt4-geenin puutteen todettiin kuitenkin johtavan XX naarasalkion sukupuolen kääntymisen koiraaksi sekä aiheuttavan tiettyjä koiraille ominaisia piirteitä. Tämä osoitti, ettei naaraspuolinen kehitys ole oletusarvo, vaan se riippuu aktiivisesta signaloinnista ja solujen välisestä interaktiosta. Tämän väitöstutkimuksen tarkoitus oli selvittää Wnt4-geenin roolia sukupuolen määräytymisessä, munasarjojen kehittymisessä sekä naaraan sukupuolitiehyitten muodostumisessa. Tutkimuksessa osoitettiin, että munasarjat tuottavat testosteronia niillä naaraspuolisilla alkioilla, joilta puuttuu Wnt4-geeni. 80 prosentilla naaraista, joilla on Wnt4-geenin puute, androgeenivaikutuksen esto raskauden aikana annettavalla antiandrogeenilla, flutamidilla, estää sukupuolen vaihtumisen fenotyypin. Tämä viittaa siihen, että testosteroni toimii mahdollisena koiraan fenotyypin välittäjänä naarailla, joilta puuttuu Wnt4-geeni. Wnt4 ilmentyy munasarjojen somaattisissa soluissa, jotka ovat tärkeitä naaraspuolisen ituradan kehityksen säätelyn kannalta. Väitöstutkimus osoittaa, että Wnt4 on itusoluryppäitä, solujen välistä interaktiota sekä varhaista follikkeligeeni-ilmentymistä ylläpitävä tekijä. Tulokset osoittavat myös, että Wnt4/5a -signaloinnilla on tärkeä rooli meioosissa. Tutkimus osoittaa lisäksi, että Wnt4 vaikuttaa munasarjojen kehitykseen myös syntymän jälkeen. Puutteellinen signalointi alentaa Anti-Müllerian hormonin tasoa, heikentää tyvikalvoa ja vähentää solujen polarisaatiota, joka johtaa ennenaikaiseen munasarjojen toiminnan hiipumiseen. Müllerin tiehyet, joista myöhemmin kehittyvät munanjohtimet, kohtu ja vaginan yläosa, jäävät kokonaan muodostumatta naarailla, joilta puuttuu Wnt4-geeni. Tulokset viittaavat siihen, että Wnt4 on tarpeen alkioaikaiseen Müllerin tiehyen muodostavien solujen liikkeellelähtöön ja ylläpitoon. Wnt4:llä on myös keskeinen rooli kohturauhasten muodostumisessa sukukypsyyden saavuttamisen aikana ja sen jälkeen.

Abstract Transgenic mice were used to evaluate the roles of collagens XV and XVIII in retinal vessel development and to examine the roles of collagen XV and laminin α4 in peripheral nerve development and function. Also, in vitro methods were used to study the functions of recombinant, full-length human collagen XV produced in insect cells. The lack of collagen XVIII alone was found to result in overproliferation of astrocytes in the mouse retina and deficient vascularization of the retina, which was ultimately rescued by the persistent hyaloid vessels. VEGF mRNA expression was appropriately regulated in the retina of the collagen XVIII deficient mice, which also showed reduced susceptibility to oxygen-induced neovascularization. Lack of collagen XV alone had no obvious effect on the mouse eye, but an abnormal migration of astrocytes onto the persistent hyaloid vessels could be seen in mice lacking both collagens XVIII and XV. Recombinant full-length human collagen XV was seen in rotary shadowing EM as an extended protein with numerous kinks and a globular domain at its N-terminus. The mean length of the molecules was 241 nm and they had a tendency to form aggregates. Collagen XV attaches to the collagen binding region of fibronectin and to a lesser extent to vitronectin and laminin. It was rapidly bound to cultured cells with a staining pattern co-localizing with fibronectin. Collagen XV was also found to inhibit the adhesion and migration of cells in vitro. Lack of collagen XV in mice was found to result in ultrastructural abnormalities in the sciatic nerves, such as polyaxonal myelination and more loosely packed C-fibres, mild impairment of BM assembly and mild motor dysfunction with a lower sensory nerve conduction velocity. Polyaxonal myelination and a failure in the segregation of axons were evident in laminin α4 null mice, which also had diminished amounts of C-fibres, BM abnormalities, diminished myelin and a greater myelin period compared with wild-type mice. They performed poorly in the round beam test and showed diminished compound muscle action potentials. A simultaneous lack of collagen XV and laminin α4 resulted in a permanent defect in the segregation of axons and C-fibre development. The performance of the double null mice on the round beam was poor relative to the other genotypes. / Tiivistelmä Tässä väitöskirjatyössä on tutkittu kollageenien XV ja XVIII merkitystä silmän verkkokalvon verisuonituksen kehittymiselle sekä kollageeni XV:n ja laminiini α4:n merkitystä ääreishermon kehittymiselle ja toiminnalle käyttäen hyväksi muuntogeenisiä hiiriä. Lisäksi tässä työssä on käytetty in vitro –menetelmiä hyönteissoluissa yhdistelmä-DNA-tekniikalla tuotetun kollageeni XV:n toiminnan tutkimiseksi. Kollageeni XVIII:n puutteen todettiin johtavan verkkokalvon astrosyyttien määrän lisääntymiseen sekä verkkokalvon suonituksen kehittymiseen epänormaalilla tavalla lasiaissuonista, jotka eivät olleetkaan hävinneet kehityksen aikana. VEGF:n lähetti-RNA:n ilmentyminen oli asianmukaisesti säädelty eri verkkokalvon alueilla kollageeni XVIII:n suhteen poistogeenisillä hiirillä, joilla kehittyi myös vähemmän uudissuonia matalalle hapen osapaineelle altistamisen jälkeen. Kollageeni XV:n puute ei johtanut havaittaviin muutoksiin silmässä, mutta molempien kollageenien XV ja XVIII puuttuessa havaittiin silmässä epänormaalia astrosyyttien soluvaellusta lasiaissuonten päälle. Tässä väitöskirjatyössä osoitetaan, että yhdistelmä-DNA-tekniikalla tuotettu kokopitkä ihmisen kollageeni XV näytti elektronimikroskopiassa pitkältä molekyyliltä, jonka pituus oli keskimäärin 241 nm ja joka sitoutui helposti toisiin kollageeni XV -molekyyleihin. Kollageeni XV sitoutuu fibronektiinin kollageenia sitovaan osaan sekä vitronektiiniin ja laminiiniin. Viljeltyihin soluihin kollageeni XV sitoutui siten, että vasta-ainevärjäyksellä todettiin sen paikallistuvan samoille alueille fibronektiinin kanssa. Kollageeni XV:n todettiin myös vähentävän solujen kiinnittymistä ja liikkumista. Hiirissä kollageeni XV:n puutoksen todettiin johtavan iskiahermoissa polyaksonaaliseen myelinisaatioon, C-säikeiden lievään kehityshäiriöön, tyvikalvon koostumuksen häiriöön, lieviin motorisiin vaikeuksiin ja matalampaan tuntohermojen johtonopeuteen. Laminiini α4 –puutteisilla hiirillä oli todettavissa myös polyaksonaalista myelinisaatiota ja lisäksi häiriö aksonien erottelussa. Niiden hermoista löytyi myös tyvikalvon epämuodostumia, vähemmän myeliiniä ja C-säikeitä sekä suuremmat myeliinijaksot verrattuna villityypin hiiriin. Ne selviytyivät huonosti kävelytestissä ja niiden lihasten aktiopotentiaalit olivat pienemmät kuin kontrollihiirillä. Samanaikainen kollageeni XV:n ja laminiini α4:n puutos johti pysyvään aksonien erottelun ja C-säikeiden kehittymisen häiriöön. Kävelytestissä tuplapoistogeeniset hiiret selviytyivät huonoiten muihin genotyyppeihin verrattuna.