La qualité d’un ovocyte se définit par l’acquisition d’une compétence à la méiose et d’une compétence au développement. Le cumulus joue un grand rôle dans la maturation ovocytaire grâce au dialogue qui s’instaure entre lui et l’ovocyte. Ce dialogue met en jeu le contrôle de l’expression de gènes spécifiques. C’est pourquoi nous avons étudié les variations du profil d’expression de gènes exprimés dans le cumulus. Une première étude nous a permis de relier les variations d’expression de gènes cibles (STAR, COX2, AREG, SCD1, SCD5 et CX43) à la qualité ovocytaire. Puis par une approche globale de puces à oligonucléotides, nous avons pu mettre en évidence 13 marqueurs potentiels de la compétence à la méiose: CMAS, MRO, MT3, ELA2B, ELA2A, SFRP4, LAPTM4B, ANG, VWF, ITPR1, PTX3, NRIP1 et RUNX2; et 5 marqueurs potentiels de la compétence au développement: RGS2, ANG, PTX3, NRIP1 et NOTCH2. Mes travaux de thèse ont donc permis de mieux appréhender le dialogue ovocyte-cumulus en étudiant les acteurs de celui-ci et de caractériser des marqueurs non invasifs de la qualité ovocytaire. / During its maturation, an oocyte will acquire a meiotic competence and a developmental competence, which define its quality. It has been well established that the dialog between oocyte and surrounding cumulus cells will contribute to oocyte maturation, through (but not only) the expression of some specific genes. Therefore, we studied the expression profile of genes expressed in cumulus cells according to the oocyte maturity. In a first study, we observed that the variation of expression levels of some genes (STAR, COX2, AREG, SCD1, SCD5 and CX43) can be related to the maturity status of the oocyte. Moreover, by microarray hybridization, we identified 13 potential markers of oocyte nuclear maturity: CMAS, MRO, MT3, ELA2B, ELA2A, SFRP4, LAPTM4B, ANG, VWF, ITPR1, PTX3, NRIP1 and RUNX2; and 5 potential markers of developmental competence of the oocyte: RGS2, ANG, PTX3, NRIP1 and NOTCH2. Thus our result permitted to better understand the role of cumulus cells in the oocyte-cumulus dialog and to identify non invasive markers of oocyte quality.

Les cellules du cumulus (CCs) forment avec l'ovocyte le complexe ovocyte-cumulus (COC). Au cours de la folliculogénèse, un dialogue interdépendant régi par des jonctions communicantes se crée entre l'ovocyte et les CCs adjacentes. L'ovocyte en sécrétant certains facteurs, permettrait la différentiation et la prolifération des CCs qui, parallèlement, fournissent à l'ovocyte les nutriments nécessaires à sa maturation et son développement. La maturation nucléaire de l'ovocyte est définie par l'expulsion du 1er globule polaire au stade métaphase II (MII). Notre équipe a préalablement démontré que certains gènes exprimés dans les CCs chez l'humain, pouvaient prédire indirectement le potentiel implantatoire embryonnaire et la survenue d'une grossesse. Dans l'objectif d'identifier des marqueurs fiables de la maturité des ovocytes, nous avons analysé le profil transcriptomique des CCs en fonction du stade de maturité des ovocytes (VG, MI et MII). Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'impact des conditions de maturation in vivo versus in vitro, sur le profil d'expression de gènes des CCs en fonction du stade de maturation ovocytaire. Nous avons mis en évidence, pour la première fois, une signature spécifique dans les CCs associée à la maturité nucléaire des ovocytes in vivo et in vitro. Nous avons également observé une sous-expression des gènes impliqués dans la maturation ovocytaire et l'expansion des CCs, et une sur-expression des gènes associés au cycle cellulaire dans les CCs dérivées d'ovocytes maturés in vitro, comparées aux CCs issus d'ovocytes in vivo. En comparant l'expression des gènes dans les CCs selon la condition de maturation et le stade de maturité de l'ovocyte, nous avons identifié deux voies de signalisation dominantes : la voie des lipides (transport du cholestérol et des triglycérides) fortement activée en condition in vivo, et le processus de réplication, recombinaison et réparation d'ADN, spécifique aux CCs in vitro. Nos résultats montrent que les conditions de maturation des COCs ont un impact sur la signature moléculaire des CCs. De plus, La signature moléculaire identifiée dans les CCs à différents stades de maturation ovocytaire nous a permis de définir la compétence des CCs. En considérant ce critère, nous avons observé que les ovocytes matures associés à des cellules du cumulus compétents (sur-expression de la signature des CCs au stade MII) présentent un potentiel de formation de blastocyste supérieur aux ovocytes MII entourés des cellules du cumulus incompétents (sur-expression de la signature des CCs au stade VG et/ou MI). Ces résultats ouvrent ainsi de nouvelles perspectives en application clinique. Des études supplémentaires sont toutefois nécessaires afin d'identifier, dans un premier temps, les facteurs qui influencent l'expression des gènes au cours de la maturation ovocytaire in vivo et comprendre ainsi les voies de signalisation altérées par les conditions de culture in vitro. / Cumulus cells (CCs) associated with the oocyte form the cumulus-oocyte complex (COC). During folliculogenesis, interdependent dialogue governed by gap junctions is created between the oocyte and adjacent CCs. The oocyte, by secreting certain factors allows the differentiation and proliferation of CCs which, at the same time, provide nutrients to the oocyte for its maturation and development. Nuclear maturation of oocytes is defined by its transition from germinal vesicle (GV) to metaphase I (MI) up to metaphase II (MII) phase. Our team previously shown that certain genes expressed in the human CCs could predict embryo and the pregnancy outcomes. We analyzed the transcriptomic profile of CCs according to oocyte nuclear maturation stages (GV, MI and MII). The aim of this study was to identify the CCs molecular signature according to nuclear maturation oocyte under in vivo and in vitro conditions. In addition, we studied the impact of culture conditions of the COCs under in vivo and in vitro on the gene expression profile of CCs. We have demonstrated that there is a specific signature in the human CCs associated with the nuclear maturity of human oocytes whatever the culture condition. We have also observed the under-expression of genes involved in oocyte maturation and CCs expansion, and the over-expression of genes associated with cell cycle function in the CCS derived from in vitro versus in vivo oocytes. By comparing gene expression in the CCs according to oocyte nuclear maturation stages, we have identified two dominant signaling pathways: the lipids pathway (cholesterol transport and triglyceride) strongly activated in in vivo conditions, and the process of replication, recombination and DNA repair, which appear to be specific to in vitro CCs. Our results suggest that the maturation conditions of COCs have an impact on the molecular signature of CCs.Moreover, our data showed that matures oocytes can be surrounded by competent (sur-expression of the identified molecular signature of CCs derived from oocyte at MII stage) or incompetent CCs (sur-expression of the identified molecular signature of CCs derived from oocyte at GV or/and MI stages). These results open new perspectives in clinical application.Further studies are needed to identify factors influencing gene expression during oocyte maturation in vivo. These data should help to better understand how/why signaling pathways are altered by culture conditions in vitro.

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.

Prédire la capacité de développement et d'implantation des embryons reste un enjeu majeur pour l’Assistance Médicale à la Procréation (AMP). L’AMP doit répondre au désir du couple d’avoir un enfant en limitant les risques encourus par la mère et l’enfant en cas de grossesse multiple. Tous les laboratoires d’AMP utilisent des critères morphologiques pour évaluer la compétence au développement des embryons en dépit de la faible valeur prédictive de cette analyse. L'interaction ovocyte-cumulus participe à l’acquisition par l'ovocyte de sa compétence au développement. Cette interaction met en jeu l’expression de gènes spécifiques dans les cellules de cumulus (CCs). Notre objectif était d'identifier des marqueurs non invasifs de la compétence ovocytaire au développement. Ainsi nous avons recherché au niveau des CCs des gènes et des protéines exprimés en fonction de l’aptitude de l’ovocyte fécondé à atteindre le stade de blastocyste. L'expression des gènes des CCs a été étudiée par puce à ADN et qPCR haut débit. Après avoir tenu compte de la variabilité des patientes, nous avons identifié les gènes RGS2, POLR3K et CUL4B comme biomarqueurs. L'expression des protéines des CCs a été étudiée par puce à protéines et après validation des anticorps ciblant les protéines d'intérêt, les protéines RGS2, POLR3K et MERTK ont été identifiées comme biomarqueurs de la compétence au développement de l'ovocyte. Ces résultats permettent d’envisager la création d’un modèle prédictif multicritère incluant la morphologie de l’embryon à J2, les gènes et protéines marqueurs. / The ability to predict the developmental and implantation ability of embryos remains a major goal in human assisted reproductive technology (ART).ART should allow couple to become parents while limiting the risks to the mother and the child in case of multiple pregnancy. ART laboratories use morphological criteria to evaluate the oocyte competence despite the poor predictive value of this analysis. The oocyte-cumulus interaction helps the oocyte to acquire its developmental competence partly through the expression of specific genes at the cumulus level. Therefore our aim was to identify at the level of cumulus cells (CCs) genes and proteins related to oocyte developmental competence as non-invasive marker. Gene expression of CCs was studied using microarray and high throughput qPCR according to the developmental competence of the oocyte (ability to reach the blastocyst stage after fertilization). While taking into account the patient variability we identified RGS2, POLR3K and CUL4B as biomarkers at RNA level. Then protein expression of CCs was studied using Reverse Phase Protein Array. After validation of the antibodies targeting the proteins of interests, RGS2, POLR3K and MERTK were identified as protein biomarkers of the developmental competence of the oocyte. These results lead us to consider a multi variables predictive model including the morphology of the embryo at J2, genes and protein markers.

L'ovocyte se développe au sein d'un follicule, en contact étroit avec des cellules d'origine somatique, les cellules de cumulus (CC). Ces deux types cellulaires communiquent entre eux via des jonctions intercellulaires, permettant ainsi la régulation et la coordination du métabolisme pendant le développement et la maturation de l'ovocyte. Notre hypothèse est que l'expression et la régulation des gènes dans les CC joue un rôle crucial dans des fonctions essentielles pour la croissance de l'ovocyte et l'acquisition de sa compétence. Mes travaux de thèse comportent deux parties. Dans la première partie nous avons utilisé le séquençage haut débit pour examiner le répertoire des microARN (communément appelés miRNA) dans les cellules de cumulus et dans l'ovocyte. Les miRNA, séquences d'ARN non codantes dont la longueur varie entre 19 et 25 nucléotides, ont émergé récemment comme régulateurs majeurs de nombreux processus biologiques, dont le vieillissement. Nous avons identifié 32 miRNA spécifiquement dans les cellules de cumulus humains et seulement 3 dans l'ovocyte MII. Dans la seconde partie de nos travaux, nous avons analysé l'impact de l'âge maternel sur l'expression des gènes dans les cellules de cumulus. Alors qu'une baisse de la compétence de l'ovocyte avec l'avancement de l'âge maternel est bien établie, les bases moléculaires de ce phénomène demeurent peu connues. Dans une première étape pour aborder cette question, nous avons utilisé des puces à ADN pour analyser les profils d'expression des gènes des CC en fonction de l'âge maternel. De façon remarquable l'âge maternel impacte significativement l'expression de gènes qui sont critiques pour la maturation de l'ovocyte tels que les gènes impliqués dans l'angiogenèse, les voies de signalisation de TGF-ß et de l'insuline. Par l'utilisation d'outils bioinformatiques, nous avons aussi identifié des miRNA potentiels régulateurs de gènes impliqués dans des processus ou des voies impactés par l'âge ; ils pourraient constituer de nouveaux biomarqueurs pour prédire un vieillissement ovarien prématuré ainsi que la qualité et la compétence de l'ovocyte. / The oocyte develops into a follicle where it is in close contact with cumulus cells (CCs), of somatic origin. The two cell types undergo a bidirectional communication via gap junctions, which results in the regulation and coordination of the metabolism during oocyte development and maturation. We assume that gene expression and regulation in the CCs play a crucial role in functions that are essential for oocyte growth and competence acquisition. The present study may be subdivided in two parts. In the first part we used deep sequencing to investigate the repertoire of miRNAs in the cumulus cells and the oocyte. MicroRNAs that are noncoding RNA sequences whose length is approximately 19-25 nucleotides have emerged as important regulators in many biological processes including aging. Our data showed that 32 miRNAs were specifically expressed in human cumulus cells while only 3 miRNAs were identified in MII human oocyte. The impact of maternal age on gene expression in cumulus cells was addressed in a second part of my thesis work. While the correlation of oocyte competence decline with advancing maternal age is well established, little is known on its molecular basis. In a first attempt to address this issue, we used microarrays to study gene expression profiles of human cumulus cells according to maternal age. Remarkably, maternal age greatly impacted expression of genes that are critical for oocyte maturation such as genes involved in angiogenesis, TGF-β signaling, and insulin signaling pathways. Also, using bioinformatic tools, we identified miRNAs that potentially target some of the genes involved in the aging-impacted processes and pathways; this could candidate them as new biomarkers to predict premature ovarian aging and oocyte quality and competence.