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.

Les ovocytes bovins incubés in vitro reprennent la méiose alors que ceux incubés en présence de mono-couches de cellules de la thèque demeurent au stade de vésicule germinale (GV). Les présentes expériences ont été menées sur des ovocytes bovins afin de mieux comprendre les facteurs impliqués dans le contrôle de la maturation des ovocytes. Les objectives étaient 1) de déterminer si la morphologie du complexe ovocyte-cumulus (COCs) est corrélée avec les cinétiques de la reprise méiotique suivant une période d’arrêt méiotique induite. 2) Étudier la fonction des inhibiteurs de phosphodiesterase (PDE) spécifiques seuls ou en présence de une monocouche des cellules de la thèque sur l’arrêt méiotique des ovocytes bovins. 3) Étudier le rôle de la voie de signalisation de la protéine kinase A et de la protéine kinase C dans la modulation de la reprise méiotique des ovocytes bovins. 4) Faire une caractérisation plus poussée du facteur d’inhibition sécrété par les cellules de la thèque. Ces études démontrent que les COCs bovins reprennent la méiose plus rapidement après une courte période d’arrêt méiotique que les COCs non traités. Les ovocytes atrésiques ou dénudés sont donc moins nombreux au stage de GV au début de la maturation que les COCs sains ou légèrement atrésiques. Les inhibiteurs de phosphodiesterase (PDE) de type 3 ont maintenu les ovocytes bovins en arrêt méiotique alors que les inhibiteurs de type 4 n’ont eu aucun effet. De plus, la combinaison des inhibiteurs PDE et des cellules de la thèque montre un effet additif. Les COCs incubés avec des cellules de la thèque sont restés en arrêt méiotique alors que ceux incubés en présence de cellules de granulosa ont repris la méiose. Les cellules de la granulosa non traitées ont annulé l’effet inhibiteur des cellules de la thèque sur la maturation des COCs bovins. Par ailleurs, les COCs sont restés en arrêt méiotique lorsque des analogues d’AMPc ont été utilisés en conjonction avec des cellules de granulosa et de la thèque. Finalement, le facteur inhibiteur sécrété par les cellules de la thèque dans le milieu conditionné est (a) insensible à la chaleur, aux enzymes protéolytiques et à un traitement au charbon, (b) sensible à un traitement au chloroforme, (c) concentré dans la fraction plus petite que 1000 daltons du milieu conditionné et (d) les patrons de pics chromatographiques sont différents entre le milieu conditionné et le milieu frais. D’autres études seront nécessaires pour l’isolation complète du facteur(s) inhibiteur(s) sécrété(s) par les cellules de la thèque responsable du maintien de l’arrêt méiotique des ovocytes bovins. / Bovine oocytes incubated in vitro resume meiosis, whereas most of those incubated with theca cell monolayers remain at the germinal vesicle (GV) stage. Experiments were carried out using bovine oocytes to understand the factors involved in the control of oocyte maturation. The objectives were 1) to determine whether or not the morphology of cumulus oocyte complexes (COC) is correlated with the kinetics of meiotic resumption following a period of induced meiotic arrest. 2) To investigate the role of type-specific phosphodiesterase (PDE) inhibitors alone or in conjunction with theca cell monolayers on meiotic arrest of bovine oocytes. 3) To study the role of the protein kinase A and protein kinase C signaling pathways in the control of meiotic resumption of bovine oocytes incubated with granulosa cells, theca cell monolayers or both cell types. 4) To further characterize the inhibitory factor secreted by the theca cell monolayers. These studies show that bovine COCs resume meiosis faster following a short period of induced meiotic arrest than untreated COCs. Atretic or denuded oocytes have fewer oocytes at the GV stage at the onset of maturation compared to healthy or slightly atretic COCs. Type 3 phosphodiesterase (PDE) inhibitors maintained bovine oocytes in meiotic arrest, whereas type 4 PDE inhibitors did not have an effect. Furthermore, PDE inhibitors and the theca cell monolayers show an additive effect. COCs incubated with the theca cell monolayer remained in meiotic arrest, whereas those incubated with granulosa cells resumed meiosis. Untreated granulosa cell abrogate the inhibitory effect of the theca cell monolayers on the maturation of COCs. However, COCs remain in meiotic arrest when cAMP analogs are used in conjunction with both granulosa and theca cells. The inhibitory factor(s) secreted by the theca cell monolayers is (a) not sensitive to heat, proteolytic enzymes and charcoal treatment, (b) sensitive to chloroform treatment, (c) has a Mr less than 1000 daltons and (d) the patterns of chromatographic peaks are different in conditioned medium and fresh medium. Further work is needed to fully isolate and identify the factor produced by the theca cells responsible for maintaining bovine oocytes in meiotic arrest.

Les prostaglandines (PGs) sont des médiateurs cellulaires locaux importants pour la reproduction femelle. Leur transport transmembranaire constitue une étape importante dans la modulation de leurs actions. Parmi les transporteurs potentiels, les Solute Carriers Organic Anion Transporting Polypeptides (SLCO) sont surexprimés à la fin du cycle, et les ATP Binding Cassettes (ABCs) plutôt en début de cycle oestral dans l'endomètre bovin. L'ocytocine (OT) stimule la production des PGs, l'expression de la cyclo-oxygénase 2 (COX2) et de MRP4/ABCC4 dans la lignée de cellules épithéliales bEEL mais n'a pas d'effet sur PGT/SLC02Al , le transporteur de PGs. L' interféron trophoblastique augmente PGT/SLC02Al mais pas MRP4/ABCC4. PGT/SLC02Al et MRP4/ABCC4 ont un profil d'expression inversé dans le tissu et dans les cellules. L' inhibition de la production des prostaglandines par NS398, un inhibiteur de COX2, ne réprime pas la stimulation de MRP4/ABCC4 et de COX2 par l'OT. L'OT stimule l'expression de MRP4/ABCC4 indépendamment de la production des prostaglandines. La modulation de MRP4 est corrélée avec l'expression de COX2.

Mes travaux explorent, chez la vache, le transfert entre les cellules du cumulus et l’ovocyte des transcrits d’ARN et d’autres larges molécules qui, selon notre hypothèse, pourraient être exportées des cellules somatiques à l’ovocyte, ceci afin de soutenir sa maturation. L’étude des projections transzonales (PTZ) reliant les cellules du cumulus à l’ovocyte a révélé qu’elles sont de morphologie irrégulière, qu’elles peuvent contenir des organelles (mitochondries) et des structures cellulaires (ribosomes) et qu’elles se retractent au cours de la maturation ovocytaire. Des microvésicules pouvant transférer de larges molécules ont été identifiées à la jonction entre les cellules. Pour déterminer si l’ARN est empaqueté préalablement à son transfert entre les cellules, nous avons analysé les transcrits présents dans les PTZ et avons constaté qu’ils se déplacent vers l’ovocyte en maturation. Parmi les transcrits retrouvés dans les PTZ, certains étaient commun à ceux dont l’abondance augmente dans l’ovocyte en cours de maturation de même qu’à ceux retrouvés dans les polyribosomes de l’ovocyte en maturation, suggérant ainsi le transfert et l’utilisation des transcrits provenant des cellules du cumulus. Un transcrit synthétique ajouté aux cellules du cumulus avant qu’elles ne s’attachent à l’ovocyte a été transféré à ce dernier, confirmant ainsi le potentiel des cellules à transférer des ARNm et possiblement leurs protéins associées à l’ovocyte. Nouse avons observé, sur une échelle de temps, que les transcrits sont accumulés dans les PTZ au cours des heures suivant l’abattage de l’animal, mais préalablement à l’aspiration de l’ovocyte. Le retrait des cellules du cumulus et de cette période d’accumulation des transcrits se traduit par un faible taux de maturation des ovocytes. La nécessité d’avoir des vésicules d’ARN transférées à l’ovocyte a été testée grâce à des inhibiteurs de la synthèse d’ARN, de son transport et de la formation des vésicules. L’inhibition de chacune de ces étapes a compromis la maturation des ovocytes. En se penchant sur les mécanismes impliqués dans le transfert des transcrits, nous avons découvert un candidat potentiel jouant un rôle dans l’insuffisance ovarienne précoce. Cette protéine liant les ARNm, Fragile X mental retardation (FMRP), a été retrouvée dans les cellules folliculaires et dans l’ovocyte tout au long de la folliculogenèse et de l’ovogenèse. Nous avons constaté que FMRP s’associe à la machinerie traductionnelle et aux protéines des granules d’entreposage dans l’ovocyte. L’inhibition de la protéine a significativement réduit le taux de blastocyste. En démontrant que des transcrits exogènes contribuent au développement de l’ovocyte et influencent sa maturation, nos recherches ajoutent un niveau de compréhension additionnel aux mécanismes de communication intercellulaire menant à la production de gamètes de bonne qualité. De futures expériences axées la caractérisation du transfert des transcrits et des mécanismes spécifiques en jeu contribuera à accroître notre compréhension de la compétence ovocytaire. / The reports in this thesis explored the potential for large molecule communication between the cumulus cell and the oocyte hypothesizing that large molecules, including RNA, could be transferred to the oocyte for support during maturation. Exploration of the transzonal projections (TZPs) connecting the cumulus cells to the oocyte revealed that they are irregular in shape, can contain large organelles (mitochondria) and small cellular structures (ribosomes), and that these connections retract during oocyte maturation. Microvesicles were identified at the intercellular articulations capable of sharing large molecules between the cells. To determine if RNA is transferring as cargo between cells, nascent as well as total transcripts were evaluated in the TZPs and found moving towards the oocyte during maturation. Of the transcripts found in the TZPs during maturation, some were common to those increasing in abundance in the oocyte during maturation, and on the polyribosomes of the maturing oocyte, thus suggesting transfer and use of cumulus cell transcripts. A synthetic transcript provided to some cumulus cells for reconstruction with, and transfer to the oocyte, confirmed the potential to transfer mRNA and possibly proteins. Temporally, RNA transcripts were found to accumulate in TZPs during the hours post slaughter but prior to oocyte aspiration. Removal of the cumulus cells and this period of accumulation resulted in poor oocyte maturation. The requirement of vesicle mediated RNA transfer to the oocyte was tested. Inhibitors against RNA synthesis, transport, and vesicle formation were explored and found to reduced oocyte maturation. Focusing on mechanisms that could mediate transference, we assessed an RNA binding protein candidate with implications in premature ovarian insufficiency. Fragile X mental retardation protein (FMRP) was found in follicular cells and the oocyte throughout folliculogenesis and oogenesis. Based on known roles in translation control, FMRP was shown associated with translational machinery and storage granule proteins in the oocyte. Knockdown of this protein resulted in compromised rates of blastocyst formation. Knowing that exogenous transcripts contribute to oocyte development, and influence the molecular aspects of oocyte maturation adds another layer to our understanding of intercellular communication in the production of a healthy gamete. Future characterization of the transferred transcripts and the mechanisms in control of this process will improve our understanding of oocyte health and competence.

Chez les ruminants, la prostaglandine lutéolytique F₂α (PGF₂α) est produite dans l'endomètre par les cellules endometriales épithéliales en réponse à l'oxytocine (OT). Par ailleurs, la prostaglandine potentiellement lutéoprotective et pro-nidation PGE₂ est stimulée dans les cellules stromales de l'endomètre en réponse au signal d'origine embryonnaire interféron-t (IFNt). Afin de pousser plus loin les études in vitro amorcées avec des cultures primaires, nous avons établi des lignées stables de cellules endométriales de l'endomètre bovin. Les cellules épithéliales (bEEL) et stromales caronculaires (CSC) ont servi à l'étude de la signalisation et de la régulation transcriptionnelle responsable de la production des prostaglandines (PGs). Des études phénotypiques et fonctionnelles ont révélé qu'autant les cellules bEEL que les CSC ont retenu les caractéristiques distinctives des cultures primaires. Les cellules bEEL s'avèrent "un modèle antilutéolique in vitro" typique car l'IFNt y inhibe la production de PGF₂α. induite par l'OT en 3-6 h. De plus, l'effet inhibiteur de l'IFNt n'est pas médié par la diminution du récepteur à l'oxytocine ou l'expression de la cycloxygénase-2 (COX2) tel que stipulé chez le mouton. Les résultats suggèrent plutôt que l'IFNt peut interférer dans l'axe de signalisation de la production de PGF₂α induite par l'OT. De ce fait, nous avons étudié le mécanisme de transduction du signal de PGF₂α induit par l'OT dans les cellules bEEL. Le relâchement de PGF₂α induit par l'OT est dépendant de l'activation de Ras par la régulation extracellulaire du signal du module kinase V% (ERK 1/2). La transactivation d'EGFR, ainsi que l'activation de c-Src et PI3K sont requis pour l'activation de RAS. En résumé, les résultats suggèrent que la sous-unité activé Gαiβy serait impliquée dans la production de PGF₂α induite par l'OT. À l'instar de ce qui a été observé in vivo, l'IFNt à concentration élevée stimule préférentiellement la production de PGE₂ dans les cellules CSC alors qu'il induit COX2 de manière concentration-dépendante dans les deux types de cellules bEEL et CSC. Il est donc tentant de spéculer que la reconnaissance maternelle de la grossesse chez les ruminants est un phénomène physiologique transitoire d'inflammation régulé par l'effet paracrine de l'IFNt induisant le PGE₂ stromal.