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

Le Deoxynivalenol (DON) est une mycotoxine majeure retrouvée dans l’alimentation animale et celle-ci est connue pour réduire la fertilité des truies en inhibant la sécrétion de progestérone par les cellules de granulosa. Chez le bétail, DON est métabolisée en de-epoxy DON (DOM-1) dans le rumen, et DOM-1 peut atteindre des concentrations élevées dans le sang et les liquides folliculaires. Une des voies majeures de signalisation activée par DON est le ribotoxic stress response (RSR), lequel induit une auto-phosphorylation de la protéine kinase R (PKR) et réduit l’activation des MAP kinases incluant la MAPK3/1. Il n’a pas encore été démontré que ces mycotoxines affectent la reproduction chez les bovins. Les objectifs de cette thèse sont (1) de déterminer comment et à quelles doses DON affecte la fonction des cellules de granulosa et d’élucider les mécanismes d’action entrant en jeu; et (2) déterminer comment et à quelles doses la mycotoxine majeure DON et son métabolite DOM-1, affectent la fonction des cellules de la thèque chez le bétail. Les résultats sont présentés dans trois articles distincts. Dans le premier article, nous explorons les effets de DON sur les cellules de granulosa bovines; les traitements avec DON résultant en une inhibition significative de la sécrétion d’oestradiol et de progestérone (P4), et en une augmentation de la proportion de cellules apoptotiques après 4 jours de traitement. Les expériences de Western-Blot démontrent une stimulation significative de la phosphorylation de ERK1/2 et de MAPK14 entre 15 et 30 minutes après le début du traitement des cellules par DON. Par la suite, nous avons déterminé les effets de DON sur les gènes cibles de ERK1/2. En effet, les niveaux d’ARNm de EGR1 et FOS sont transitoirement augmentés avec des niveaux maximum à 1h de traitement par DON, tandis que les niveaux d’ARNm de iv COX2 et GADD45B sont augmentés mais plus de 24h après le début du traitement par DON. Dans le second article, les effets de DON et DOM-1 sur les cellules de thèque ont été étudiés. Le traitement des cellules par DOM-1 résulte en une inhibition dosedépendante de la sécrétion de P4 et de testostérone, et en une augmentation de la proportion de cellules apoptotiques, tandis que DON inhibe la sécrétion de P4 sans altérer celle de la testostérone ou bien le pourcentage de cellules mortes. Les deux mycotoxines sont effectives de manière maximale à des concentrations de 1 ng/ml (en revanche, DON affecte les cellules de granulosa à 100 ng/ml). Les résultats de Western-Blot démontrent la phosphorylation rapide de MAPK3/1, PKR et de JUN kinase après un traitement par DON ou DOM-1. En présence d’un inhibiteur spécifique de PKR, DON et DOM-1 sont incapables d’induire la phosphorylation de MAPK3/1, et l’effet inhibiteur de DON sur la phosphorylation de MAPK14 est en partie abrogé. Néanmoins, l’inhibiteur de PKR augmente davantage la phosphorylation de MAPK14 induite par DOM-1. Ensemble, ces résultats suggèrent que DON active le RSR dans les cellules de thèque et les cellules de granulosa bovines, et que les cellules de la thèque sont plus sensibles que les cellules de granulosa aux effets de DON. Ces données démontrent pour la première fois l’habilité de DOM-1 à affecter les fonctions et la survie cellulaires. / Deoxynivalenol (DON) is a major mycotoxin found in animal feed and is known to reduce fertility in pigs by inhibiting progesterone secretion from granulosa cells. In cattle, it is metabolized to de-epoxy DON (DOM-1) in the rumen, and DOM-1 can reach high concentrations in blood and follicular fluid. One of the major pathways activated by DON is the ribotoxic stress response (RSR), which involves autophosphorylation of protein kinase R (PKR) and downstream activation of MAP kinases including MAPK3/1. It is not known if these mycotoxins affect bovine reproduction. The objectives of present thesis were (1) to determine how and at what doses DON affects ovarian granulosa cell function and to elucidate its mechanism of action; and (2) to determine how and at what doses major mycotoxin DON and its metabolite DOM-1 affect theca cell function in cattle. The results are separated into three articles. In the first article the effects of DON on granulosa cells were explored; treatment with DON resulted in a significant inhibition of estradiol and progesterone (P4) secretion, and an increase in the proportion of apoptotic cells after 4 days of treatment. Western blot demonstrated significant upregulation of ERK1/2 and MAPK14 phosphorylation within 15-30 minutes of adding DON. We then determined the effect of DON on ERK1/2 target genes; EGR1 and FOS mRNA levels were transiently stimulated with maximum levels at 1 h of adding DON, whereas COX2 and GADD45B mRNA levels were upregulated but not until 24 h after DON treatment. In the second article, the effects of DON and DOM-1 on theca cells were assessed. Treatment with DOM-1 resulted in a dose-dependent inhibition of P4 and testosterone secretion, and an increase in the proportion of apoptotic cells, while DON inhibited P4 but did not alter testosterone secretion or the percentage of dead cells. Both ii DON and its metabolite were maximally effective at concentrations of 1 ng/ml (in contrast, the effects of DON on occur at 100ng/ml). Western blot demonstrated rapid phosphorylation of MAPK3/1, PKR and of JUN kinase after addition of DOM-1 or DON. Interestingly, phosphorylation of MAPK14 was significantly increased by DOM-1 but decreased by DON. The addition of a PKR inhibitor abrogated the ability of DON and DOM-1 to increase phosphorylation of MAPK3/1, and partly abrogated the inhibitory effect of DON on MAPK14 phosphorylation, however, the PKR inhibitor further increased the phosphorylation of MAPK14 caused by DOM-1. Together, these results suggest that DON activates the RSR in bovine granulosa and theca cells, and that theca cells are more sensitive than granulosa cells to the effects of DON. The data also demonstrate for the first time in any cell type the ability of DOM-1 to affect cell function and health.

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

Au cours des dernières années, une sélection génétique importante a été faite pour améliorer la production de lait des bovins, ceci au détriment des performances reproductives. Cette diminution de performance n’a cependant pas été rapportée chez la génisse présentant un même potentiel génétique. Cette immense production de lait et les changements métaboliques qui l’accompagnent ont donc un impact négatif sur l’efficacité reproductive des vaches laitières qui subissent un stress métabolique supérieur à celui des génisses. Le but de l’étude était d’acquérir une meilleure connaissance des différences moléculaires et métaboliques entre ces deux groupes d’animaux pour amener à une meilleure compréhension de la pathogenèse de l’infertilité chez la vache laitière. Pour ce faire, les vagues folliculaires de vaches en lactation (30-50 jours en lait; N = 12) et de génisses (N = 10) ont été synchronisées par ablation écho guidée des follicules et par traitement hormonal avec injection de prostaglandine et insertion d’un implant de progestérone. L’aspiration du liquide folliculaire et des cellules de la granulosa du follicule dominant a été faite au jour 6. Les paramètres métaboliques mesurés chez les animaux à partir de prises de sang, faites au jour 6, confirment un plus grand stress métabolique chez la vache, les niveaux de BHBA, acides biliaires et cholestérol étant plus élevés et le niveau de glucose plus bas chez celles-ci. Un total de six échantillons a été utilisé pour le séquençage d’ARN et des analyses bio-informatiques ont été effectuées. Plusieurs gènes et voies de signalisation ont présenté des différences entre les deux groupes d’animaux incluant le cycle cellulaire et la production d’hormones. Une confirmation des résultats par PCR en temps réel a été faite, mais la grande variation intragroupe a nui à l’obtention de résultats significatifs. Conjointement, une culture primaire de cellules de la granulosa a été réalisée pour évaluer l’effet des acides biliaires sur la stéroïdogenèse suite à la détection d’une plus grande quantité de ceux-ci chez la vache laitière. La présence d’acide biliaire dans la culture cellulaire cause une diminution de l’accumulation d’estradiol ainsi que de l’expression des gènes CYP19A1 et CYP11A1. Les résultats présentés dans ce mémoire indiquent une différence potentielle au niveau métabolique et moléculaire des follicules dominants entre la vache laitière et la génisse pouvant avoir une responsabilité dans la diminution de l’efficacité reproductive observée chez la vache laitière. / Over the last fifty or more years, genetic selection has been employed to improve milk production in dairy cattle. This selection was made at the expense of reproductive performance. The observed decrease in fertility does not occur in heifers with the same genetic merit. The enormous milk production and the metabolic challenge that accompany it have a negative impact on the reproductive efficiency due to the metabolic stress of lactation. The purpose of the study was to gain a better knowledge of the molecular and metabolic difference between the two groups of animals in order to better understand the pathogenesis of infertility in dairy cows. To do this, the follicular wave of twelve lactating cows (30-50 days in milk; N = 12) and ten heifers (N = 10) were synchronized by ultrasound guided follicle ablation and by hormonal treatment with injection of prostaglandin-F2α and insertion of a progesterone implant. Follicular fluid and granulosa cells of the dominant follicle were aspirated on day 6. The metabolic indicators BHBA, total bile acids, cholesterol and glucose, were measured in the animals from the blood samples also taken on day 6 confirming greater metabolic stress in the cows when compared to the heifers. A total of six samples were used for RNA sequencing and bioinformatics analyses were performed. Several genes and signaling and cellular function pathways were shown to differ between the two groups of animals, including the cell cycle signaling pathway and hormone production pathway. A confirmation of the results by real-time PCR was undertaken, but the great intragroup variation obviated significant results. In the second set of experiments, primary culture of granulosa cells was conducted to evaluate the effect of bile acids on steroidogenesis to further explore the larger amount of the bile acids in the dairy cows when compared to heifers. The results demonstrate a difference in the metabolic status of the animals; BHBA, total bile acids and cholesterol being higher and glucose being lower in the dairy cow relative to the heifer. Presence of bile acids in the granulosa cell culture caused a decrease in expression of CYP19A1, CYP11A1 and estradiol accumulation. The differences at the metabolic and molecular level of the dominant follicles between dairy cows and heifers may be implicated in the reduced reproductive efficiency of the dairy cows.

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