Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les prostaglandines (PG) sont impliquées dans plusieurs processus et un bon équilibre dans leur production relative est important pour la cyclicité et la fertilité à la fois chez le bovin et l’humain. Les principales PG produites dans l'endomètre sont la PGE2 et la PGF2α. Leur action est régulée au niveau de la biosynthèse, du catabolisme et de la transduction de leur signal. Le but du présent projet était d’améliorer notre compréhension des mécanismes de production du PGF2α, étant moins connus que ceux du PGE2. Tout d'abord, chez le bovin, nous avons établi la voie impliquée dans l'induction du PGF2α par l'ocytocine (OT) et constaté qu’elle nécessite la transactivation d’EGFR. Deuxièmement, nous avons démontré que la protéine 4 associée à la résistance multiple aux médicaments (MRP4) est un transporteur fonctionnel sous le contrôle de l’OT et conduit à la libération polarisée des prostaglandines. Ensuite, comme plus d’une prostaglandine F2α synthase sont dentifiées dans l’endomètre humain, nous avons vérifié quelles enzymes encore non identifiées pourraient avoir le même rôle chez le bovin. Nous avons identifié et confirmé que les protéines recombinantes d’AKR1A1 et d’AKR1B1 sont les synthases les plus puissantes dans les deux espèces. Troisièmement, nous avons décrit l’association entre AKR1B1 et l’augmentation de la production PGF2α par les cellules endométriales humaines après stimulation par l'interleukine-1β (IL-1β). Comme plusieurs synthases sont exprimées simultanément dans l'endomètre, une preuve définitive du rôle d’AKR1B1 exigeait le KO du gène. Nous avons utilisé une approche utilisant l'ARN-guidée DNase Cas9 et les courtes répétitions palindromiques interespacées par grappes régulières (CRISPR) pour abolir l'expression du gène dans les cellules stromales. Le clone généré a produit une perte d'expression d’AKR1B1 et de production du PGF2α mais maintenu sa capacité à augmenter la production de PGE2 en réponse à l'IL-1β. En testant cela, nous avons aussi constaté que la PGF2α est capable de réguler la production de PGE2 en agissant sur le récepteur FP. Nos résultats confirment qu’AKR1B1 est fortement impliqué dans la synthèse de PGF2α et que cette activité représente une nouvelle et importante cible pour réguler les réponses inflammatoires et ischémiques associées à plusieurs pathologies humaines. / Prostaglandins (PG) are key regulators of reproductive processes and a good balance in the relative production of different members is important for cyclicity and fertility in females. The main PG produced in the endometrium are PGE2 and PGF2α. Their action is controlled at the level of biosynthesis, catabolism and signal transduction. The aim of the present project was to improve our understanding of the production of PGF2α as it is underdocumented. In cattle, we established that induction of PGF2α by oxytocin (OT) required the transactivation of EGFR. We also showed that multidrug resistance protein 4 (MRP4) is a functional PG carrier under the control of OT contributing to the polarized release of prostaglandins in the bovine endometrium. Since two different enzymes exhibit PGFS activity in the human endometrium, we investigagted wheter other proteins could play the same role in the bovine endometrium. We have identified and confirmed that AKR1A1 and AKR1B1 recombinant proteins were the most powerful synthases in both species. Finally, AKR1B1 is a very effective PGF2α synthase in the bovine and human endometrium. We have proposed that AKR1B1 play a leading role in PGF2α production stimulation following interleukin-1β (IL- 1β) stimulation in human endometrial cells. However, because multiple synthases are expressed simultaneously in the endometrium, a definitive proof of the role of AKR1B1 would require knockout of its gene. Accordingly, we used an editing genome approach using RNA-guided cas9 DNase and clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) to abolish the expression of AKR1B1 gene in stromal cells. The resulting clone exhibited a complete loss of AKR1B1 expression and PGF2α production, but maintained the ability to increase PGE2 production in response to IL-1β. While testing this, we also found that PGF2α was able to regulate the production of PGE2 through a feedback loop involving the FP receptor. Our results confirm that AKR1B1 is the leading enzyme responsible for the synthesis of PGF2α thus representing a new and important target for the treatment of inflammatory and ischemic responses associated with human diseases.

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L'état de déficit énergétique ou balance énergétique négative (BEN) peut souvent engendrer un stress métabolique important qui est habituel lors de la lactation post-partum chez la vache laitière. Cette adaptation face à la production de lait est caractérisée par une métabolisation accrue des réserves lipidiques afin de compenser l'apport énergétique gagné par la consommation, qui est insuffisant. Néanmoins, afin de maximiser la profitabilité de la production laitière, l'insémination post-partum, lors de la lactation, est une pratique courante au sein de l'industrie laitière. Cet état de stress métabolique est reflété, non seulement au niveau de plusieurs métabolites en circulation, mais au niveau de l'environnement folliculaire également, influençant potentiellement la maturation, la compétence ovocytaire ainsi que le développement embryonnaire par la suite. Notre projet vise la compréhension des mécanismes responsables de l'influence générationnelle du métabolisme maternelle, particulièrement dans le cas du BEN. En effet le présent mémoire analyse l'influence du BEN sur le développement embryonnaire en exposant des ovocytes de vaches laitières à l'acide bêta-hydroxybutyrique (BHB) pendant la maturation in vitro. Le BHB est un corps cétonique dont la production augmente dû à une métabolisation accrue des réserves lipidiques lors du BEN. L'élévation des niveaux de BHB est reflétée, non seulement en circulation, mais également au niveau de l'environnement folliculaire. Nos résultats soulignent l'importance du métabolisme maternel lors de la période préconceptionnelle et comment celui-ci peut, en effet, influencer l'embryon en développement. Nous voyons que l'exposition au BHB lors de la maturation ovocytaire in vitro mène à des altérations transcriptomiques au niveau de gènes impliqués dont diverses voies, dont l'inflammation, le métabolisme et le développement. Ces changements surviennent sans doute afin de préparer ou mieux adapter l'embryon à l'environnement énergétique dans lequel il se développera. / A state of negative energy balance (NEB) can often depict important metabolic stress and is typically brought on by lactation in dairy cows. This particular state of metabolic stress can be characterized by an increased use of fat reserves in order to compromise for the lack of energy uptake from consumption, as milk production requires significantly more energy. Nevertheless, post-partum insemination, during lactation, is a common practice in the dairy industry in order to maximize profitability. This state of metabolic stress is not only reflected in metabolite levels circulating in plasma, but in follicular fluid as well, potentially impacting the oocytes prior to conception and even throughout its development. This research project brings light to the mechanisms behind the impact of maternal metabolic state on offspring health and its generational importance. Our work highlights the impact of NEB on embryo development and quality. We exposed oocytes from over 50 cows to beta-hydroxybutyrate (BHB) during in vitro maturation. BHB is a ketone body that accumulates in circulation due to a higher fat metabolization rate while in a state of negative energy balance The rising levels of circulating BHB is reflected in the follicular environment. Our results support the understanding that maternal metabolism can indeed influence embryo health, as we see alterations in the embryo transcriptome, particularly impacting the expression of genes regarding inflammation, metabolism and development pathways. These changes most likely occur with the « intention» of preparing the embryo for the future energetic environment in which it might have to survive.

La luzerne contient des fibres peu digestibles et une forte proportion de protéines dégradables. Les vaches laitières pourraient donc bénéficier d’une augmentation de la digestibilité des fibres de la luzerne, ou d’une meilleure adéquation entre l’apport en azote et en énergie disponible dans le rumen. Les cultivars de luzerne présentant une meilleure digestibilité des fibres sont une opportunité d’augmenter l’efficacité de la production laitière, mais aucune étude indépendante n’a testé ces cultivars dans les conditions agroclimatiques du Canada. Par ailleurs, la diminution de l’apport en protéines métabolisables est souvent associée à une diminution de la sécrétion de protéines dans le lait, possiblement causée par un apport réduit en acides aminés essentiels. Les objectifs de l’étude étaient (1) de comparer les performances de vaches laitières nourries avec des rations à base de luzerne, en utilisant un cultivar régulier et un cultivar sélectionné pour sa concentration réduite en lignine ; et (2) d’évaluer l’effet d’une variation de l’apport en énergie sur les performances de vaches laitières alimentées de rations ayant un apport réduit en protéines métabolisables, mais équilibrées pour les principaux acides aminés essentiels limitants. Les cultivars de luzerne n’ont eu aucun effet significatif sur l’ensemble des paramètres mesurés. La diminution de l’apport en protéines métabolisables et le maintien du même bilan énergétique ont permis de maintenir la prise alimentaire et la production laitière corrigée pour l’énergie. Cette stratégie alimentaire a également amélioré l’efficacité d’utilisation de l’azote tout en maintenant la production des composantes du lait et en diminuant l’excrétion azotée. Il est possible de réduire l’apport en protéines métabolisables sans avoir d’effet négatif sur la performance des vaches laitières, à condition de combler leurs besoins en énergie et en acides aminés essentiels. De tels changements permettraient de diminuer l’impact environnemental de la production laitière, en plus de réduire potentiellement les coûts d’alimentation. / Alfalfa contains poorly digestible fiber and a high proportion of degradable protein. For these reasons, dairy cows could benefit from an increased digestibility of alfalfa’s fibers, or from a better match between nitrogen and energy supply in the rumen. Alfalfa cultivars with improved fiber digestibility represent an opportunity to increase milk production efficiency, but no independent studies tested these cultivars under the agroclimatic conditions of Canada. Also, decreasing metabolizable protein supply is often associated with a decrease in milk protein yield, possibly caused by a reduced supply of essential amino acids. The objectives of the study were (1) to compare the performance of dairy cows fed alfalfa-based diets, using a regular cultivar and a cultivar selected for its reduced lignin concentration; and (2) to assess the effect of a variation in energy supply on the performance of dairy cows fed diets with a reduced supply of metabolizable protein, but balanced for the main limiting essential amino acids. Alfalfa cultivars had no significant effect on all measured parameters. Decreasing metabolizable protein supply and maintaining the same energy balance allowed cows to maintain their dry matter intake and energy corrected milk production. This feeding strategy also improved the nitrogen use efficiency while maintaining milk component production and reducing nitrogen excretion. Reducing metabolizable protein supply without negative effects on dairy cow performance is possible when energy and essential amino acids requirements are met. Such changes would decrease the environmental impact of milk production, in addition to potentially reduce feeding costs.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 103-108.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences agronomiques : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 202 réf.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.