Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre.

Introduction: Le développement pré-implantatoire et particulièrement la formation d'un blastocyste de qualité constitue l'un des événements les plus importants pour l'implantation et l'induction de la grossesse. In vitro, 30% à 40% seulement des ovocytes aboutissent à la formation de blastocystes et juste une faible proportion de ces derniers, supposés morphologiquement être "en bonne santé" sont capables de réussir le développement post-implantation. Cette limitation pose un grand problème pour les technologies de fécondation in Vitro (FIV) ce qui nécessite le développement d'une bonne approche permettant de se prononcer sur la compétence embryonnaire. La notion de compétence demeure difficile à définir sur des bases morphologiques et cinétiques. Considérant que la sélection d'un blastocyste de qualité est l'un des objectifs majeurs de la FIV chez l'humain et que le bovin représente un très bon modèle pour telle une étude, nous nous sommes fixés comme objectif d'analyser le profil d'expression génique du blastocyste bovin à trois stades de développement (début cavité, en expansion et éclos). Cette étude nous renseignera non seulement sur la régulation moléculaire de l'expansion et l'éclosion du blastocyste mais nous permettra également de définir des marqueurs potentiels de la compétence au développement et d'avoir un outil utile pour caractériser les différentes étapes de ces changements morphologiques (classification) Méthodes: Les blastocystes sont produits in vitro et collectés au stade début cavité (apparition d'une petite cavité), en expansion (diamètre supérieur à une zone pellucide normale) et éclos (sans zone pellucide). Pour procéder à notre étude transcriptomique, l'ARN est extrait, amplifié, marqué puis hybride en "loop design experiment" (biopuce maison ADNc, BlueChip). Pour valider les résultats des biopuces, certains gènes candidats ont été sélectionnés et confirmés par Q-RT-PCR. Résultats: À l'issue de l'analyse des données de biopuces, différents gènes impliqués par exemple dans l'implantation, l'adhésion cellulaire et la digestion de la matrice extracellulaire ont été trouvés comme sur-exprimés au stade éclos. Les blastocystes au stade début cavité, ont été en contre partie plutôt enrichis en gènes dont les produits sont impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire, la traduction et la transcription. Les résultats de la Q-RT-PCR ont positivement validé les résultats de biopuce à un taux de 87,5% (7/8). Certains de ces gènes candidats confirmés par Q-RT-PCR (IFNT, PLAC8, SSLP1, AKR1B1, HNRNPA2B1, ARGFX, NANOS et CCNB1) s'avèrent particulièrement intéressants comme marqueurs potentiels de la compétence embryonnaire surtout qu'on a détecté leur expression aussi tôt que le stade blastocyste. Conclusions: Notre étude procure de nouvelles connaissances sur la régulation moléculaire de la formation du blastocyste. D'autres part, la liste des gènes différentiellement exprimés pourra faciliter dans lefutur, le choix et l'étude de marqueurs éventuels de la compétence ainsi que la classification des blastocystes lorsqu'il s'agirait d'investiguer l'effet du traitement sur le développement embryonnaire.

L’oviducte joue un rôle central dans le transport et la préparation des gamètes, la fécondation et le développement précoce. Un dialogue embryo-maternel s’établit pour assurer le succès du développement de l’embryon et de son transport vers le site d’implantation. L’objectif principal de ce travail était de confirmer l’existence d’un dialogue moléculaire et fonctionnel précoce grâce à la coculture d’embryons bovins produits in vitro sur des cellules épithéliales tubaires bovines (BOEC). Nous avons montré que les BOEC ont un effet important sur le développement embryonnaire précoce, particulièrement pendant les 4 premiers jours. Cet effet ce traduit par un clivage accéléré, une modulation des gènes exprimés après l’activation du génome embryonnaire, un taux plus élevé de développement au stade de blastocyste et une adaptation de l’expression génique de ces blastocystes. En retour, les embryons induisent dans les BOEC, des changements d’expression de facteurs impliqués dans la réponse à l’interféron. Une spécificité régionale des profils d’expression a également été observée dans l’oviducte. / The oviduct plays a pivotal role in gametes transport and final capacitation, as well as in fertilization and early embryo development. An embryo-maternal communication takes place to ensure the successful early embryo development and transport towards its implantation site. The principal aim of this research was to confirm the existence of such early embryo-maternal molecular and functional dialogue using bovine oviduct epithelial cells (BOEC) as coculture to support the development of in vitro produced bovine embryos. We showed that BOEC had an important effect on early embryo development, especially during the first 4 days. This effect translates into accelerated cleavage kinetics, modulation of gene expression after embryonic genome activation, increased rate of embryo development to the blastocyst stage and improved gene expression profile. Moreover the embryos are triggering a BOEC response by upregulating genes related to interferon signaling. A regional specificity of gene expression profile in the oviduct has also been detected.

La diapause embryonnaire se manifeste par un arrêt réversible du développement embryonnaire durant la période de préimplantation et induit un retard de l’implantation. Chez le vison américain, une diapause embryonnaire obligatoire caractérise chaque gestation. Si les mécanismes de contrôle de la diapause embryonnaire obligatoire chez cette espèce sont bien connus, le rôle utérin impliqué dans la réactivation de l’embryon demeure, quant à lui, encore inconnu. Le sujet de ce doctorat a consisté dans un premier temps à explorer l’environnement utérin à la sortie de la diapause embryonnaire afin de caractériser, dans un deuxième temps, les principaux acteurs utérins qui provoquent la réactivation de l’embryon. Nous avons effectué une analyse du transcriptome utérin à l’émergence de la diapause embryonnaire ce qui a permis de construire une librairie de 123 séquences d’ADNc utérines différentiellement exprimées à la réactivation de l’embryon et homologues à des séquences de gènes connues chez d’autres espèces. Ces gènes sont impliqués dans la régulation du métabolisme (25 %), de l’expression génique (21 %), de la transduction de signal (15 %), du cycle cellulaire (15 %), du transport (10 %) et de la structure cellulaire (9 %), reflétant ainsi d’importantes modifications utérines à la réactivation embryonnaire. Nous avons validé l’expression différentielle de dix gènes ainsi identifiés : GDF3 (growth and differentiation 3), ALCAM (activated leukocyte cell adhesion molecule), ADIPOR1 (adiponectin receptor 1), HMGN1 (high mobility group N1), TXNL1 (thioredoxin like 1), TGM2 (tissue transglutaminase 2), SPARC (secreted protein acidic rich in cystein), et trois gènes codant pour AZIN1 (antizyme inhibitor 1), ODC1 (ornithine decarboxylase 1) et SAT1 (spermidine/spermine N1-acetyltransferase), des enzymes impliquées dans la biosynthèse des polyamines. Le patron de l’expression spatio-temporel de SPARC et d’HMGN1 illustrent spécifiquement un remodelage tissulaire et de la chromatine au niveau utérin à la sortie de la diapause embryonnaire. Ayant mesuré une augmentation des concentrations utérines en polyamines à la reprise du développement embryonnaire, nous avons émis l’hypothèse que les polyamines seraient impliquées dans les événements menant à la sortie de la diapause. L’inhibition de la biosynthèse des polyamines par un traitement à l’ α-difluoromethylornithine (DFMO) a provoqué une diminution significative de la proliferation cellulaire dans les embryons à la réactivation, un retard du moment de l’implantation, mais n’a pas affecté le succès de la reproduction. De manière similaire, nous avons induit un état de dormance dans les cellules de trophoblaste de vison en présence DFMO dans le milieu de culture, et constaté que cet état était réversible. En conclusion, cette étude a non seulement ouvert de nouveaux horizons quant à la compréhension du rôle utérin dans les événements menant à la sortie de la diapause embryonnaire, mais a démontré pour la première fois, l’existence de facteurs utérins indispensables à la réactivation de l’embryon: les polyamines. / Embryonic diapause is characterized by a reversible arrest of blastocyst development prior to implantation and delay in implantation. In the American mink, embryonic diapause is a characteristic of each gestation. Although the mechanisms which control obligate embryonic diapause of this species are well known, the role of the uterus involved in blastocyst reactivation remains elusive. The subject of this doctoral research consisted first in exploring the uterine environment at the emergence of embryonic diapause in order to subsequently determine, the main factors in the uterus that provoke reactivation of the embryo. We have undertaken an analysis of the uterine transcriptome at the emergence of embryonic diapause which has enabled us to set up a library of 123 cDNA uterine sequences differentially expressed at blastocyst reactivation, and homologue gene sequences known in other species. Twenty-five percent of these genes are implicated in genetic expression, 15 % in cell signal transduction, 15 % in cell cycle, 10 % in transport and 9 % in cell structure. All of them reflect significant uterine modifications at blastocyst reactivation. We have validated differential expression of ten genes, identified as: GDF3 (growth and differentiation 3), ALCAM (activated leukocyte cell adhesion molecule), ADIPOR1 (adiponectin receptor 1), HMGN1 (high mobility group N1), TXNL1 (thioredoxine like 1), TGM2 (tissue transglutaminase 2), SPARC (secreted protein acidic rich in cystein), and three genes encoding for AZIN1 (antizyme inhibitor 1), ODC1 (ornithine decarboxylase 1) and SAT1 (spermidine/spermine N1-acetyltransferase), which are enzymes implicated in polyamine biosynthesis. The spatio-temporal expression patterns of SPARC and HMGN1 illustrate tissue and chromatin remodelling in the uterus at the termination of embryonic diapause. Having measured an increase in concentration of polyamines in the uterus at the resumption of blastocyst development, we have hypothetized that polyamines are implicated in the emergence of blastocysts from diapause. We inhibited polyamine biosynthesis in pregnant mink females during early blastocyst reactivation. The inhibition of polyamine biosynthesis through treatment with α-difluoromehtylornithine (DFMO) provoked a major reduction in cell proliferation in blastocysts at reactivation and a delay in the timing of implantation, but did not affect the success of reproduction. Similarly, we induced a reversible dormant state in cultured mink trophoblast cells traited with DFMO. To conclude, not only are results of this study a breakthrough in the understanding of the role of the uterus in stimulating at the emergence of blastocysts from embryonic diapause, but also, for the very first time, they indicate the existence of uterine factors, the polyamines, that are responsible for blastocysts reactivation.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ce travail a pour objectif d'étudier les effets d’une supplémentation en acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 à longues chaines sur la production d’embryons chez les vaches laitières. Le régime enrichi en AGPI n-3 a eu tendance à augmenter le nombre moyen des complexes ovocyte-cumulus récupérés par vache par session d’OPU par rapport au groupe témoin AGPI n-6. Une tendance à augmenter le nombre moyen par vache par session d’OPU de blastocystes et de blastocystes expansés avec une augmentation significative de blastocystes de qualité 1 et 2 ont été notés dans le groupe n-3. De même, les taux de blastocystes, de blastocystes expansés et de blastocystes de qualité 1 et 2 ont été significativement augmentés dans le groupe n-3. Nous avons aussi montré que l’addition d’acide docosahexaénoïque (DHA, C22:6 n-3) à une faible concentration (1μM) pendant la maturation in vitro des ovocytes bovins augmente significativement le taux de clivage et le taux et la qualité de blastocyste. La stimulation de FFAR4 (free fatty acid receptor 4), au cours de la MIV, par un agoniste spécifique (TUG 891), a entrainé des effets bénéfiques similaires à ceux du DHA (1μM) sur la compétence ovocytaire. Cela suggère que l’effet bénéfique du DHA pourrait passer, au moins partiellement, par l’activation du FFAR4. / We aimed to investigate whether dietary n-3 PUFA, in Prim‘Holstein dairy cattle in lactation, could influence reproductive performance in terms of embryo production. We showed that n-3 PUFA-enriched diet had a tendency to increase the average number of oocyte-cumulus complexes recovered per cow per OPU session. A tendency to increase the average numbers per cow per OPU session of blastocysts and expanded blastocysts with significantly increase of blastocysts of quality 1 and 2 were noted in the n-3 group compared to the n-6 group. Similarly, the rate of blastocysts, expanded blastocysts and blastocysts of quality 1 and 2 were significantly increased in the n-3 group compared to the n-6 group. We also showed that the addition of docosahexaenoic acid (DHA, C22:6 n-3) at low concentration (1μM) during IVM of bovine oocytes increased cleavage rate, blastocyst rate and embryo quality. DHA and free fatty acid receptor 4 (FFAR4) agonist TUG- 891 (1 or 5 μM) supplied during IVM similarly improved in vitro embryo development, suggesting that FFAR4 may, at least partially, mediate DHA beneficial effects on OCC, through activation of signaling pathways.

La diapause embryonnaire se manifeste par un arrêt réversible du développement embryonnaire durant la période de préimplantation et induit un retard de l’implantation. Chez le vison américain, une diapause embryonnaire obligatoire caractérise chaque gestation. Si les mécanismes de contrôle de la diapause embryonnaire obligatoire chez cette espèce sont bien connus, le rôle utérin impliqué dans la réactivation de l’embryon demeure, quant à lui, encore inconnu. Le sujet de ce doctorat a consisté dans un premier temps à explorer l’environnement utérin à la sortie de la diapause embryonnaire afin de caractériser, dans un deuxième temps, les principaux acteurs utérins qui provoquent la réactivation de l’embryon. Nous avons effectué une analyse du transcriptome utérin à l’émergence de la diapause embryonnaire ce qui a permis de construire une librairie de 123 séquences d’ADNc utérines différentiellement exprimées à la réactivation de l’embryon et homologues à des séquences de gènes connues chez d’autres espèces. Ces gènes sont impliqués dans la régulation du métabolisme (25 %), de l’expression génique (21 %), de la transduction de signal (15 %), du cycle cellulaire (15 %), du transport (10 %) et de la structure cellulaire (9 %), reflétant ainsi d’importantes modifications utérines à la réactivation embryonnaire. Nous avons validé l’expression différentielle de dix gènes ainsi identifiés : GDF3 (growth and differentiation 3), ALCAM (activated leukocyte cell adhesion molecule), ADIPOR1 (adiponectin receptor 1), HMGN1 (high mobility group N1), TXNL1 (thioredoxin like 1), TGM2 (tissue transglutaminase 2), SPARC (secreted protein acidic rich in cystein), et trois gènes codant pour AZIN1 (antizyme inhibitor 1), ODC1 (ornithine decarboxylase 1) et SAT1 (spermidine/spermine N1-acetyltransferase), des enzymes impliquées dans la biosynthèse des polyamines. Le patron de l’expression spatio-temporel de SPARC et d’HMGN1 illustrent spécifiquement un remodelage tissulaire et de la chromatine au niveau utérin à la sortie de la diapause embryonnaire. Ayant mesuré une augmentation des concentrations utérines en polyamines à la reprise du développement embryonnaire, nous avons émis l’hypothèse que les polyamines seraient impliquées dans les événements menant à la sortie de la diapause. L’inhibition de la biosynthèse des polyamines par un traitement à l’ α-difluoromethylornithine (DFMO) a provoqué une diminution significative de la proliferation cellulaire dans les embryons à la réactivation, un retard du moment de l’implantation, mais n’a pas affecté le succès de la reproduction. De manière similaire, nous avons induit un état de dormance dans les cellules de trophoblaste de vison en présence DFMO dans le milieu de culture, et constaté que cet état était réversible. En conclusion, cette étude a non seulement ouvert de nouveaux horizons quant à la compréhension du rôle utérin dans les événements menant à la sortie de la diapause embryonnaire, mais a démontré pour la première fois, l’existence de facteurs utérins indispensables à la réactivation de l’embryon: les polyamines. / Embryonic diapause is characterized by a reversible arrest of blastocyst development prior to implantation and delay in implantation. In the American mink, embryonic diapause is a characteristic of each gestation. Although the mechanisms which control obligate embryonic diapause of this species are well known, the role of the uterus involved in blastocyst reactivation remains elusive. The subject of this doctoral research consisted first in exploring the uterine environment at the emergence of embryonic diapause in order to subsequently determine, the main factors in the uterus that provoke reactivation of the embryo. We have undertaken an analysis of the uterine transcriptome at the emergence of embryonic diapause which has enabled us to set up a library of 123 cDNA uterine sequences differentially expressed at blastocyst reactivation, and homologue gene sequences known in other species. Twenty-five percent of these genes are implicated in genetic expression, 15 % in cell signal transduction, 15 % in cell cycle, 10 % in transport and 9 % in cell structure. All of them reflect significant uterine modifications at blastocyst reactivation. We have validated differential expression of ten genes, identified as: GDF3 (growth and differentiation 3), ALCAM (activated leukocyte cell adhesion molecule), ADIPOR1 (adiponectin receptor 1), HMGN1 (high mobility group N1), TXNL1 (thioredoxine like 1), TGM2 (tissue transglutaminase 2), SPARC (secreted protein acidic rich in cystein), and three genes encoding for AZIN1 (antizyme inhibitor 1), ODC1 (ornithine decarboxylase 1) and SAT1 (spermidine/spermine N1-acetyltransferase), which are enzymes implicated in polyamine biosynthesis. The spatio-temporal expression patterns of SPARC and HMGN1 illustrate tissue and chromatin remodelling in the uterus at the termination of embryonic diapause. Having measured an increase in concentration of polyamines in the uterus at the resumption of blastocyst development, we have hypothetized that polyamines are implicated in the emergence of blastocysts from diapause. We inhibited polyamine biosynthesis in pregnant mink females during early blastocyst reactivation. The inhibition of polyamine biosynthesis through treatment with α-difluoromehtylornithine (DFMO) provoked a major reduction in cell proliferation in blastocysts at reactivation and a delay in the timing of implantation, but did not affect the success of reproduction. Similarly, we induced a reversible dormant state in cultured mink trophoblast cells traited with DFMO. To conclude, not only are results of this study a breakthrough in the understanding of the role of the uterus in stimulating at the emergence of blastocysts from embryonic diapause, but also, for the very first time, they indicate the existence of uterine factors, the polyamines, that are responsible for blastocysts reactivation.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les cellules souches embryonnaires (ES) sont porteuses de grands espoirs en recherche biomédicale dans le but d’apporter un traitement définitif à l’ostéoarthrose. Parce que certaines articulations des chevaux sont similaires à celles des humains, cet animal représente un modèle important dans l’évaluation de stratégies de régénération du cartilage. Cependant, pour expérimenter un traitement par les cellules ES chez le cheval, des cellules ES équines (eES) n’ont toujours pas pu être dérivées. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette étude est de dériver des lignées de cellules eES. Le premier objectif de notre étude consiste à optimiser la technique de dérivation des cellules eES. Nous démontrons que la lignée de cellules nourricières et le stade de développement des embryons influencent l’efficacité de la technique de dérivation tandis que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation des cellules ES ne l’influence pas sous nos conditions. Le deuxième objectif de notre étude est de caractériser de façon plus approfondie les lignées de cellules eES obtenues. Nous démontrons que les cellules eES dérivées expriment autant des marqueurs associés aux cellules pluripotentes qu’aux cellules différenciées et que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation n’influence pas l’expression de ces marqueurs. Pour conclure, nous confirmons avoir dérivé des lignées de cellules semblables au cellules eES (eES-like) ne correspondant pas complètement aux critères des cellules ES. / Embryonic stem (ES) cells carry high hopes for biomedical research in order to provide definitive treatment for osteoarthritis. The horse is considered to be an important animal model for examining osteoarthritis treatments. However, despite almost thirty years of research, authentic equine ES (eES) cells have not yet been derived. In this context, the main objective of this study was to derive eES cell lines. The first objective of our study was to optimize the technique for deriving eES cells. We show that different feeder cell lines and embryo development stages influence the effectiveness of this technique while the use of cell signalling inhibitors does not influence eES cell derivation. The second objective was to characterize markers of pluripotency and differentiation in eES cell lines by RT-PCR. We demonstrate that the eES cells express both markers associated with pluripotent cells and differentiated cells and that the presence of cell signalling inhibitors in the culture medium does not influence the expression of these markers. In conclusion, we confirm having derived eES-like cells but these do not meet all the molecular criteria of authentic ES cells.

Les cellules souches embryonnaires (ES) sont porteuses de grands espoirs en recherche biomédicale dans le but d’apporter un traitement définitif à l’ostéoarthrose. Parce que certaines articulations des chevaux sont similaires à celles des humains, cet animal représente un modèle important dans l’évaluation de stratégies de régénération du cartilage. Cependant, pour expérimenter un traitement par les cellules ES chez le cheval, des cellules ES équines (eES) n’ont toujours pas pu être dérivées. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette étude est de dériver des lignées de cellules eES. Le premier objectif de notre étude consiste à optimiser la technique de dérivation des cellules eES. Nous démontrons que la lignée de cellules nourricières et le stade de développement des embryons influencent l’efficacité de la technique de dérivation tandis que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation des cellules ES ne l’influence pas sous nos conditions. Le deuxième objectif de notre étude est de caractériser de façon plus approfondie les lignées de cellules eES obtenues. Nous démontrons que les cellules eES dérivées expriment autant des marqueurs associés aux cellules pluripotentes qu’aux cellules différenciées et que l’inhibition de voies de signalisation menant à la différenciation n’influence pas l’expression de ces marqueurs. Pour conclure, nous confirmons avoir dérivé des lignées de cellules semblables au cellules eES (eES-like) ne correspondant pas complètement aux critères des cellules ES. / Embryonic stem (ES) cells carry high hopes for biomedical research in order to provide definitive treatment for osteoarthritis. The horse is considered to be an important animal model for examining osteoarthritis treatments. However, despite almost thirty years of research, authentic equine ES (eES) cells have not yet been derived. In this context, the main objective of this study was to derive eES cell lines. The first objective of our study was to optimize the technique for deriving eES cells. We show that different feeder cell lines and embryo development stages influence the effectiveness of this technique while the use of cell signalling inhibitors does not influence eES cell derivation. The second objective was to characterize markers of pluripotency and differentiation in eES cell lines by RT-PCR. We demonstrate that the eES cells express both markers associated with pluripotent cells and differentiated cells and that the presence of cell signalling inhibitors in the culture medium does not influence the expression of these markers. In conclusion, we confirm having derived eES-like cells but these do not meet all the molecular criteria of authentic ES cells.