Les êtres humains et les animaux, principalement ceux habitant le Cercle Arctique, sont constamment exposés à un large éventail de composés chimiques présents dans leur environnement et leur nourriture. Parmi ces polluants, les composés organochlorés sont montrés du doigt depuis quelques décennies comme étant des composés toxiques qui perturbent plusieurs systèmes physiologiques, y compris le système reproducteur. Ces composés se présentent rarement individuellement dans le biote, on les retrouve plutôt sous forme de mixtures complexes, où chaque composé influence les systèmes physiologiques à sa façon, indépendamment ou conjointement avec d’autres composés. Les organochlorés sont présents dans le sang, le lait maternel, le tissu adipeux, les liquides amniotique et séminal, ainsi que dans les fluides ovarien et utérin. C’est dans cette optique que nous avons testé l’hypothèse qu’une mixture d’organochlorés, reconstituée pour imiter celle présente dans la graisse de phoque de l’Arctique que mangent les Inuits du Nunavik, nuit à la compétence à la maturation des gamètes, à la fécondation et au développement in vitro des embryons préimplantatoires, en utilisant l’espèce porcine comme modèle toxicologique pour l’humain. La mixture d’organochlorés a effectivement réduit la compétence à la maturation, fécondation et au développement des ovocytes exposés, ainsi que le développement préimplantatoire des embryons exposés. La fécondation et le développement subséquent ont diminué lors de l’exposition conjointe des gamètes à la mixture. Nous avons aussi utilisé un extrait métabolisé de cette mixture, provenant du sérum de truies préalablement exposées à la mixture originale d’organochlorés, pour vérifier ces mêmes paramètres. L’extrait métabolisé n’a pas eu d’effet sur la maturation des ovocytes, leur compétence à la fécondation et au développement, ou même sur le développement préimplantatoire des embryons exposés. L’extrait métabolisé a par contre réduit l’apoptose des cellules du cumulus. En conclusion, la mixture d’organochlorés, similaire à celle retrouvée dans l’environnement, perturbe les fonctions essentielles des gamètes et des embryons, dommages qui se répercutent sur leurs compétences à la fécondation et au développement. / Human beings and animals, especially those living in the Arctic Circle, are constantly exposed to a wide range of chemical compounds that are present in their environment and food. Among these pollutants, organochlorine compounds are considered as a major group of toxicants that disrupt numerous physiological systems, including the reproductive system. These compounds are rarely present one at a time in the biota; they are mainly present as complex mixtures of different organochlorines, where each compound influences physiological systems in its own way, independently or in concert with other compounds. Organochlorines are present in blood, breast milk, fat tissues, as well as in amniotic, seminal, uterine and ovarian fluids. Therefore, we tested the hypothesis that an organochlorine mixture, reconstituted to mimic that present in the Arctic seal blubber and ingested by the Inuits in Nunavik, disrupts the competence to in vitro maturation, fertilization and development of gametes and embryos, using the pig as a toxicological model for humans. The organochlorine mixture reduced maturation, fertilization and developmental competence of exposed oocytes. It also reduced fertilization and subsequent development of gametes exposed during fertilization, as well as preimplantory development of exposed embryos. We also used a metabolized extract of the same mixture, originating from the serum of sows preexposed to the original organochlorine mixture, to verify the same parameters. The metabolized extract did not reduce oocyte maturation or their competence to fertilization and development; neither did it alter preimplantory development of exposed embryos. Nevertheless, the metabolized extract reduced apoptosis in cumulus cells. In conclusion, the environmentally-relevant organochlorine mixture damages essential functions of gametes and embryos, therefore altering their fertilizing and developmental competence.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les histones et leurs modifications épigénétiques remodèlent la chromatine et influencent la régulation génique en modifiant les interactions entre la machinerie transcriptionnelle et l'ADN. Cependant on ignore l'exacte implication de ces facteurs dans les pouvoirs de totipotence et de reprogrammation associés à l'ovocyte ou encore dans l'activation du génome embryonnaire. Malgré plusieurs études détaillées sur les modifications post-traductionnelles des histones dans l'ovocyte et dans le jeune embryon, les enzymes potentiellement aptes à les catalyser n'ont pas fait l'objet d'exploration aussi approfondie. Dans cet ouvrage, nous avons investigué le profil d'expression de 24 régulateurs clés principalement impliqués dans l'acétylation et la méthylation des histones pendant la période comprise entre l'ovocyte immature et le blastocyste bovin. Ces analyses nous ont permis d'associer certains événements épigénétiques avec la présence de divers candidats étudiés. Une histone acétyltransferase, MYST4, a été sélectionnée pour une caractérisation plus exhaustive. Nous avons retrouvé MYST4 à l'intérieure de cellules spécialisées impliquées dans la gamétogénèse. De plus, des événements spécifiques d'acétylation peuvent être associés avec sa présence pendant cette période. L'histone Hl spécifique à l'ovocyte (H1FOO) a aussi été examinée plus en profondeur. En plus d'avoir suivi l'expression de l'ARNm et de la protéique H1FOO dans l'ovocyte et pendant le dévelopement embryonnaire, nous avons mis en place une stratégie afin de déterminer si H1FOO a le potentiel de contrôler la transcription de certains gènes. Nos observations préliminaires suggèrent que l'histone H1FOO ne peut réguler l'expression génique par elle même, mais qu'elle est quand même impliquée dans la modulation de la structure de la chromatine. À un certain point, la régulation de l'expression génique de l'ovocyte et du jeune embryon doit nécessairement faire appel à un remodelage de la chromatine, cependant les acteurs impliqués dans ce processus fondamental demeurent élusifs. Nos études de MYST4 et H1FOO associent ces gènes avec divers événements spécifiques se déroulant sur la chromatine des gamètes et embryons. De plus nos analyses de profils d'expression apportent des indices sur l'implication de plusieurs autres gènes pendant cette période de développement. Les résultats présentés dans cette thèse contribuent à éclaircir la représentation globale de la modulation de la chromatine par les facteurs épigénétiques. / Histones and their post-translational modifications remodel the chromatin and influence gene regulation by altering the interactions between the transcriptional machinery and DNA. During oocyte and embryo development, important transcriptional events occur, but the exact contribution of histones and epigenetic modifications in oocyte totipotency and reprogramming capabilities or in the activation of the embryonic genome are still enigmatic. Despite numerous detailed studies on post-translational histone modifications in oocytes and early embryos, the enzymes potentially involved have been somewhat neglected. In this work, we have investigated the expression profile of 24 key regulators primarily linked with histone acetylation and methylation in the period between immature bovine oocyte and blastocyst. The profiles obtained for the different candidates were associated with different epigenetic events occurring during this time period. One particular histone acetyltransferase, MYST4, has caught our attention and was selected for further characterization. In this study MYST4 was associated with specialized cells during gametogenesis. Furthermore, specific acetylation events are linked to the presence of MYST4 during this period. The oocyte-specific histone Hl subtype (H1FOO) was also further characterized. Although different hypotheses have been formulated about its implication in chromatin modulation and gene regulation, little information based on facts is actually available. After investigating the presence of H1FOO mRNA and protein in oocytes and early embryos, we established a strategy to discover if H1FOO had the potential to control the transcription of different genes. Our preliminary observations suggest that H1FOO, by itself, does not regulate gene expression but is involved in the modulation of the chromatin structure. It is thought that the regulation of gene expression in the oocyte and early embryo must at some point involve chromatin remodeling. However, the genes implicated in this fundamental process during this period are still elusive. Our MYST4 and H1FOO studies associate these genes with specific events that occur on the chromatin of oocytes and embryos. Moreover, our expression profile analysis indicates that many other genes are implicated during this important developmental period. The results presented in this thesis contribute to enlighten the global representation of chromatin modulation by epigenetic factors.

La production d'embryons in vitro permet d'augmenter rapidement le potentiel génétique des troupeaux laitiers et/ou bovins du Québec. Malheureusement, cette technique n'est pas efficace à 100%. En effet, seulement 30 à 40% des ovocytes immatures atteignent le stade de blastocystes in vitro [1]. Ces rendements sont largement inférieurs à ceux obtenus in vivo. Le développement embryonnaire est une période critique à l'intérieur de laquelle plusieurs étapes doivent être surmontées afin d'assurer la viabilité et la santé de l'embryon. La moindre petite faille peut mener à la mort de l'ovocyte ou de l'embryon. Plusieurs différences morphologiques, biochimiques et métaboliques ont été observées entre les embryons produits in vivo versus ceux produits in vitro. Plusieurs études suggèrent que ces différences sont expliquées par les variations géniques induites par l'origine de l'ovocyte et/ou les milieux de culture in vitro [2-4]. Dans le cadre du présent projet de recherche, nous avons effectué une analyse comparative du profil des ARN messagers (ARNm) lors du développement embryonnaire bovin in vivo versus in vitro afin d'identifier des marqueurs de compétence embryonnaire. Nous avons utilisé le modèle in vivo comme référence puisque les embryons issus de ce milieu proviennent d'un environnement optimum. Dans un premier temps, nous avons comparé l'abondance des ARNm présents dans F embryons produit in vivo versus in vitro à différents stades de développement (2 cellules, 8 cellules et blastocystes). Dans un deuxième temps, nous avons comparé les profils des ARNm présents lors des premiers stades embryonnaires in vivo versus in vitro afin d'identifier les variations géniques induites par ces deux systèmes de production. Nous avons utilisé la technique des biopuces pour réaliser les deux volets de ce projet de recherche. Les informations obtenues dans le cadre de ce projet permettront éventuellement d'améliorer les conditions de culture embryonnaire in vitro afin de produire plus d'embryons viables et en santé. De plus, les recommandations émises suite aux problématiques rencontrées lors de la réalisation du deuxième volet du projet de recherche permettront également d'améliorer la productivité et l'efficacité de différentes techniques de laboratoire.

Ce travail porte sur l’identification, la fonction et la régulation des molécules maternelles d’ARNm qui dirigent la compétence développementale juste après la fécondation chez les bovins. Tout d’abord, en utilisant le modèle du temps écoulé jusqu’au premier clivage zygotique et à travers l’évaluation du transcriptome des embryons à 2-cellules, il fut possible de déterminer la signature moléculaire des niveaux extrêmes de compétence au développement et sélectionner des molécules candidates pour des études postérieures. Les résultats ont montré que les embryons de capacité développementale variable diffèrent dans certaines fonctions comme la réparation de l’ADN, le traitement de l’ARN, la synthèse de protéines et l'expression génique définies par des ARNm synthétisés par l’ovocyte. Pour obtenir une confirmation fonctionnelle, une paire de transcrits maternels (l’un détecté dans notre sondage précédent et l’autre étant une molécule reliée) ont été inhibés par « knock-down » dans des ovocytes. Les effets du knock-down de ces facteurs de transcription sont apparus avant la formation des blastocystes dû à une diminution de la capacité au clivage et celle à progresser après le stage de 8-cellules. L’analyse moléculaire des embryons knock-down survivants suggère qu’un de ces facteurs de transcription est un contrôleur crucial de l’activation du génome embryonnaire, qui représente une fenêtre développementale dans l’embryogenèse précoce. Dans la dernièr étude, nous avons testé si les facteurs de transcription d'intérêt sont modulés au niveau traductionnel. Des ARNm rapporteurs couplés à la GFP (Protéine fluorescente) contenant soit la version courte ou la version longue de la séquence 3’-UTR des deux molécules furent injectées dans des zygotes pour évaluer leur dynamique traductionnelle. Les résultats ont montré que les éléments cis-régulateurs localisés dans les 3’-UTRs contrôlent leur synchronisation traductionnelle et suggèrent une association entre la compétence développementale et la capacité de synthèse de ces protéines. Ceci conduit à l’idée que ces facteurs de transcription cruciaux sont aussi contrôlés au niveau traductionnel chez les embryons précoces. Les connaissances acquises ont joué un rôle essentiel pour définir le contrôle potentiel des molécules maternelles sur les embryons au début de leur développement. Cette étude nous montre aussi une utilisation potentielle de cette information ainsi que les nouveaux défis présents dans le secteur des technologies reproductives. / This work explores the identity, the function, and the regulation of maternal mRNA molecules that drive developmental competence shortly after fertilization in cattle. First of all, by using the model of the time of first zygotic cleavage and assessing the transcriptome of 2-cell embryos, it was possible to determine the molecular fingerprint of extreme levels of developmental competence and select candidate molecules for further monitoring. Data implied that early embryos of variable developmental capacity differ in functions including DNA repair, RNA processing, protein synthesis, and gene expression that are dictated by oocyte-synthesized mRNA. To obtain a functional confirmation, a pair of maternal transcripts (one detected in our previous survey and other related molecule) were knocked-down in oocytes that were further cultured. The effects of ablating these transcription factors were evident before blastocyst formation due to a decrease in cleavage capacity, as well as progression past the 8-cell stage. The molecular analysis of surviving knocked-down embryos suggested that one of these transcription factors is a pivotal orchestrator of the activation of the embryonic genome, a critical developmental window in early embryogenesis. In the last survey, we asked whether the transcription factors of interest are modulated at the translational level. Reporter mRNAs containing either short or long versions of the 3’-UTR sequences of both molecules were injected in zygotes to look at their translational dynamics. Results showed that cis-acting elements located in the 3’-UTRs govern their timely translation and suggested an association between developmental competence and protein synthesis capacity. This led to the notion that these crucial transcription factors are also controlled at the translational level in early embryos. The acquired knowledge was instrumental to define the possible control operated by maternal molecules on embryos at the onset of their development, as well as some of the challenges and potential use of this information in the field of reproductive technologies.

Depuis plus de 40 ans, il est connu que les fœtus de mammifères sont sensibles aux conditions métaboliques de la mère durant la gestation. On commence à comprendre aujourd’hui les principes moléculaires de ces observations épidémiologiques. L’épigénétique définit cette nouvelle réalité et semble être la voie par laquelle l’environnement influence l’expression des gènes à plus ou moins long terme. Cette réalité est aussi présente en production laitière où les vaches en plus de montrer une production de lait accrue doivent soutenir le développement d’un fœtus. La forte mobilisation des réserves graisseuses associées à cette condition peut venir modifier la composition du milieu ovarien ainsi qu’utérin, et par le fait même, créer une dysfonction du métabolisme mitochondriale qui provoquera une augmentation du stress oxydatif. Cette modification peut pousser l’ovule ou l’embryon à modifier considérablement sa programmation épigénétique dans le but de s’adapter à ce signe de déficit métabolique. Dans cette étude, nous avons fait subir un stress métabolique à des embryons bovins in vitro afin de valider l’impact d’une telle perturbation sur l’épigénome embryonnaire. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une tendance à l’hypométhylation dans les régions télomériques de la majorité des chromosomes ainsi que des modifications sur des gènes reliés au métabolisme énergétique. Il devient donc important d’étudier ces modifications sur le développement et les performances futures de l’embryon et ce afin de mieux comprendre les impacts que certains types de rations ou habitudes de régie peuvent avoir sur le potentiel productif et reproductif des animaux de relève. Ces connaissances nous permettront d’adapter notre régie afin de maximiser le potentiel productif des animaux de l’industrie laitière québécoise et de conserver notre place parmi les leaders mondiaux de ce secteur de production.

Avec l'arrivée des techniques de reproduction assistée et de la génomique, le progrès génétique chez les bovins laitiers est plus rapide que jamais, favorisant maintenant l'utilisation d'animaux de plus en plus jeunes pour la reproduction. Cette situation aurait possiblement un impact sur la qualité des embryons, affectant potentiellement la génisse de la génération suivante. Ce projet vise à documenter l'effet de l'âge sur la qualité de l'embryon et, en l'occurence, à identifier des pistes pour corriger la situation. Dix jeunes femelles Holstein ont subi trois cycles de stimulation ovarienne (8, 11, 14 mois). Les ovules ont ensuite été fécondés in vitro (semence d'un même taureau adulte), générant trois lots d’embryons par animal. Grâce à la plateforme EmbryoGENE, il fut possible de mesurer l'expression génique ainsi que l'état de méthylation de l'ADN au stade blastocyste. En premier lieu, l'analyse transcriptomique des contrastes selon l'âge (8 vs 14 mois et 11 vs 14 mois) a permis de dénombrer 242 gènes différentiellement exprimés pour le premier contraste et 296 pour le deuxième. Parmi les voies géniques affectées par l'âge, on retrouve notamment les voies mTOR et PPAR, ainsi que la voie de réponse au stress oxydatif médiée par NRF2. Pour sa part, l'analyse épigénétique a permis d'identifier 5787 régions différentiellement méthylées pour le premier contraste et 3658 pour le deuxième. Il est possible d'observer une tendance à l'hyperméthylation chez les embryons obtenus à partir de donneuses de 8 mois, alors qu'une hypométhylation du génome plus marquée est notée chez les embryons provenant des donneuses de 11 mois. Le premier constat est que les embryons sont marginalement affectés par l'âge de la donneuse et que la qualité s’avère très bonne dès 8 mois. Les résultats suggèrent une causemétabolique pour expliquer les différences observées, trahissant un impact plus grand des conditions in vitrosur les embryons produits par les plus jeunes donneuses.

Pour ce projet, nous avons développé une plateforme pour l’analyse pangénomique de la méthylation de l’ADN chez le bovin qui est compatible avec des échantillons de petites tailles. Cet outil est utilisé pour étudier les caractéristiques génétiques et épigénétiques (méthylation de l'ADN) des gamètes soumis aux procédures de procréation médicalement assisitée et des embryons précoces. Dans un premier temps, une plateforme d’analyse de biopuces spécifiques pour l’étude de la méthylation de l’ADN chez l’espèce bovine a été développée. Cette plateforme a ensuite été optimisée pour produire des analyses pangénomiques de méthylation de l'ADN fiables et reproductibles à partir d’échantillons de très petites tailles telle que les embryons précoces (≥ 10 ng d'ADN a été utilisé, ce qui correspond à 10 blastocystes en expansion). En outre, cet outil a permis d’évaluer de façon simultanée la méthylation de l’ADN et le transcriptome dans le même échantillon, fournissant ainsi une image complète des profils génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN). Comme preuve de concept, les profils comparatifs de méthylation de l'ADN spermatique et de blastocystes bovins ont été analysés au niveau de l'ensemble du génome. Dans un deuxième temps, grâce à cette plateforme, les profils globaux de méthylation de l'ADN de taureaux jumeaux monozygotes (MZ) ont été analysés. Malgré qu’ils sont génétiquement identiques, les taureaux jumeaux MZ ont des descendants avec des performances différentes. Par conséquent, l'hypothèse que le profil de méthylation de l'ADN spermatique de taureaux jumeaux MZ est différent a été émise. Dans notre étude, des différences significatives entre les jumeaux MZ au niveau des caractéristiques de la semence ainsi que de la méthylation de l’ADN ont été trouvées, chacune pouvant contribuer à l’obtention de performances divergentes incongrues des filles engendrées par ces jumeaux MZ. Dans la troisième partie de ce projet, la même plateforme a été utilisée pour découvrir les impacts d’une supplémentation à forte concentration en donneur de méthyle universel sur les embryons précoces bovins. La supplémentation avec de grandes quantités d'acide folique (AF) a été largement utilisée et recommandée chez les femmes enceintes pour sa capacité bien établie à prévenir les malformations du tube neural chez les enfants. Cependant, plus récemment, plusieurs études ont rapporté des effets indésirables de l’AF utilisé à des concentrations élevées, non seulement sur le développement de l'embryon, mais aussi chez les adultes. Au niveau cellulaire, l’AF entre dans le métabolisme monocarboné, la seule voie de production de S-adénosyl méthionine (SAM), un donneur universel de groupements méthyles pour une grande variété de biomolécules, y compris l’ADN. Par conséquent, pour résoudre cette controverse, une forte dose de SAM a été utilisée pour traiter des embryons produits in vitro chez le bovin. Ceci a non seulement permis d’influencer le phénotype des embryons précoces, mais aussi d’avoir un impact sur le transcriptome et le méthylome de l’ADN. En somme, le projet en cours a permis le développement d'une plateforme d'analyse de la méthylation de l'ADN à l’échelle du génome entier chez le bovin à coût raisonnable et facile à utiliser qui est compatible avec les embryons précoces. De plus, puisque c’est l'une des premières études de ce genre en biologie de la reproduction bovine, ce projet avait trois objectifs qui a donné plusieurs nouveaux résultats, incluant les profils comparatifs de méthylation de l'ADN au niveau : i) blastocystes versus spermatozoïdes ; ii) semence de taureaux jumeaux MZ et iii) embryons précoces traités à de fortes doses de SAM versus des embryons précoces non traités. / In this project, we developed a bovine genome-wide DNA methylation platform compatible with small sample size to study genetic and epigenetic (DNA methylation) makeup of ART-treated bovine gametes and early embryos. Initially, a bovine-specific array-based DNA methylation analysis platform was developed. This platform was subsequently optimized to produce reliable and reproducible genome-wide DNA methylation analysis from very small sample sizes, e.g. bovine early embryos (≥ 10 ng gDNA input, corresponding to 10 expanded blastocysts). In addition, this platform permitted concurrent assessment of both DNA methylation and transcription in the same sample, thereby providing a very complete picture of genetic and epigenetic (DNA methylation) profiles. As proof of concept, for the first time, comparative DNA methylation profiles of bovine sperm and blastocysts were analysed at a genome-wide level. Using this platform, global DNA methylation profiles of monozygotic (MZ) twin bulls were analysed. Despite being geneticially identical, MZ twin bulls consistently have different progeny performance. Therefore, it was hypothesised that the DNA methylation profile of sperm from MZ twin bulls is different. In our study, there were significant differences between MZ twin for semen end points, as well as for the sperm epigenome (DNA methylation), all of which would be expected to contribute to incongruous divergent performances of daughters sired by MZ twins.In the next part of this project, using the developed platform, impacts of supplementation of a high-concentration global methyl donor on bovine early embryos was investigated. Supplementation with large amounts of folic acid (FA) has been extensively used and recommended in pregnant women for its well-established ability to prevent neural tube defects in children. However, more recently, several studies reported adverse effects of high FA concentrations, not only on embryo development, but also in adults. At the cellular level, FA enters one-carbon metabolism, the only pathway to produce S-adenosyl methionine (SAM) as the global methyl donor for a wide variety of biomolecules, including DNA. Therefore, to address this controversy, a high dose of SAM was used to treat in vitro -produced bovine embryos. This not only affected early embryo phenotypes, but also the transcritome and genome-wide DNA methylome. Overall, the current project resulted in development of a user-friendly and cost-effective bovine genome-wide DNA methylation analysis platform, which is compatible with small cell number such as early embryos. In addition, as one of the first studies of its kind in bovine reproductive biology, this project had three objectives which yielded several novel results, including comparative genome-wide DNA methylation profiles of: i) bovine blastocysts versus sperm; ii) sperm from monozygotic twin bulls and iii) high dose SAM-treated versus non-treated bovine early embryos.

Plusieurs composés présents dans les solutions de cryoconservation pour embryons sontsource de préoccupations : soit du point de vue sanitaire à cause de leur origine animale, soitdu fait de leur rôle potentiellement mutagène, notamment pour certains cryoprotecteurspénétrants. Leur retrait ou leur substitution par des composés chimiquement définis pourraitdonc constituer une amélioration sensible des techniques de cryoconservation des embryons.C’est dans ce cadre de réflexion que s’inscrit notre travail.Souvent, la conception et la mise en oeuvre des protocoles de cryoconservation sontempiriques. Il en résulte de nombreuses variations entre les études qui rendent lacomparaison des résultats obtenus d’autant plus difficile. Dans notre démarche, deuxapproches complémentaires ont été associées :•La première, physique, s’appuie sur l’utilisation de la calorimétrie différentielle à balayage(DSC) pour standardiser la comparaison des différentes solutions de congélation lente.Ainsi, les propriétés thermodynamiques de solutions contenant un substituant défini ontété caractérisées et comparées à celles de solutions contenant des produits de référence(sérum de veau foetal ou albumine bovine sérique) ;• La seconde, biologique, a consisté à congeler des embryons de lapins produits in vivo etdes embryons bovins produits in vitro, puis à analyser les taux de survie après culture invitro et/ou transferts. Cette approche a permis d’objectiver les propriétés biologiques dessolutions ainsi définies.Nos résultats confirment qu’il est judicieux d’utiliser une approche thermodynamiquepour sélectionner des molécules chimiquement différentes des composés habituellementutilisés. / Several compounds in embryo cryopreservation solutions are a source of concern:products of animal origin because of the sanitary risks, and the permeating cryoprotectantsbecause of their potential mutagenic effect. Removing or substituting these compounds withchemically defined products might improve embryo cryopreservation technics.Conception and use of cryopreservation protocols are often empirical. This empiricismleads to many variations between the studies which make a comparison between results allthe more difficult. In our study, two complementary approaches were associated:• The first approach (physical) consisted of using the differential scanning calorimetry tostandardize the comparison between different slow-freezing solutions. So, thethermodynamic properties of solutions containing a potential substitute were characterizedand compared to those obtained with solutions containing reference products (fetal calfserum and bovine serum albumin) ;• The second approach (biological) consisted of using freezing of in vivo-produced rabbitembryos or freezing of in vitro-produced bovine embryos in order to evaluate survival

Chez une multitude de métazoaires étudiés, une période de quiescence transcriptionnelle est observée chez le jeune embryon suite à la fécondation de l'ovocyte. La durée de cette période est spécifique à chaque espèce et chez le bovin, l'embryon n'active son propre génome qu'aux stades 8- à 16-cellules. Précédemment à cette activation de la transcription, l'embryon subsiste grâce à l'utilisation des ARNm et des protéines fournies par l'ovocyte. C'est également à partir de ces réserves que l'embryon doit puiser les différents facteurs impliqués dans l'activation de son génome au moment requis. Les expériences présentées dans cette thèse étaient destinées à améliorer nos connaissances de l'activation du génome embryonnaire chez le bovin. Dans un premier temps, la caractérisation de l'expression de plusieurs facteurs de transcription chez l'embryon a été effectuée et le rôle envisageable de ces facteurs dans l'activation du génome a aussi été démontré. Par la suite, nous avons établi une liste exhaustive de plus de 300 transcrits embryonnaires exprimés très tôt dès l'activation du génome. Cette étude du transcriptome a permis l'identification d'une multitude de gènes associés à la transcription et au maintient de la pluripotence que l'on retrouve chez les cellules embryonnaires. Afin de définir la fonction ou le rôle des différents joueurs identifiés lors de nos études, nous avons mis au point un procédé qui cible spécifiquement un transcrit donné et induit sa dégradation dans les ovocytes bovins sans toutefois induire des effets collatéraux dommageables sur la compétence au développement de ces ovocytes. Cette méthode utilise l'interférence ARN qui réduit à des niveaux très faibles la présence d'un transcrit ciblé, ce qui permet d'étudier les effets de sa perte de fonction. Cette méthode a permis d'établir le rôle crucial dans l'embryon d'un gène issu de nos premières études : MATRIN 3. La dégradation de l'ARN de MATRIN 3, une composante architecturale de la matrice nucléaire qui agit aussi au niveau de la transcription, s'est avérée avoir des effet néfastes sur la survie embryonnaire. Les informations fournies par la combinaison des études présentées dans cette thèse contribuent à dresser un portrait mieux défini de l'activation du génome chez le bovin.

L'approche présentement utilisée en évaluation du risque toxicologique est basée sur les tests de toxicité classiques tels que l'observation de signes cliniques visibles ou de pathologies évidentes. Cette approche est efficace pour déterminer les principaux symptômes associés à une exposition au produit de même que pour évaluer les concentrations auxquelles les animaux peuvent être exposés sans présenter d'effets secondaires apparents. Toutefois, elle ne fournit aucune information précise sur le où, le quand et le comment la toxicité apparaît, ni sur les éventuels effets à long terme pour l'individu ou pour sa descendance. Pour pallier ces lacunes, une nouvelle branche de la toxicologie s’est développée, favorisée par l’avancement des technologies : la toxicogénomique. Cette discipline s’intéresse aux impacts globaux d’un produit sur le génome et permet d’obtenir des informations sur les processus moléculaires affectés. La toxicogénomique s’inscrit donc comme une méthode complémentaire aux méthodes de toxicologie classique. L’objectif de cette thèse est de déterminer si l’embryon préimplantatoire porcin est un bon modèle toxicogénomique pour évaluer les sous-produits de la chloration et l’éthanol aux concentrations auxquelles l’humain est exposé quotidiennement. Pour ce faire, nous avons exploré différentes facettes de la toxicogénomique en intégrant la sensibilité de l'embryon préimplantatoire porcin à la puissance des biopuces transcriptomiques et épigénétiques développées dans notre laboratoire. L'avantage du jeune embryon est qu'il a le potentiel d'exprimer l'ensemble des voies de signalisation permettant ainsi de l'utiliser comme modèle pour identifier les modes d'action de produits toxiques chez des individus adultes et dans l'ensemble de ses organes. Le modèle que nous avons développé est donc un système de dépistage toxicogénomique permettant d'identifier les modes d'action de molécules toxiques et de mieux comprendre la façon dont elles induisent leurs effets néfastes sur la santé. Pour confirmer l'efficacité du modèle, nous avons exposé des embryons à de faibles concentrations de sous-produits de la chloration (bromodichlorométhane et acide dichloroacétique) et à de l’éthanol. Les concentrations utilisées correspondent à une exposition réaliste pour l'humain. Les résultats obtenus suggèrent que l’embryon préimplantatoire est vulnérable aux contaminants de son environnement et que les mécanismes adaptatifs qu’il active afin d’assurer sa survie sont compatibles avec les effets secondaires de ces produits chez l’humain exposé in utero. Tous les produits testés ont réduit le taux de survie des embryons et ont modifié leur profil transcriptomique. Toutefois, chaque produit a induit des voies de signalisation différentes, suggérant des modes d’action spécifique pour chaque produit et montrant la plasticité de la réponse embryonnaire. En somme, les résultats présentés dans cette thèse montrent que les mécanismes activés par l'embryon afin de survivre aux assauts des produits toxiques de son environnement nous fournissent des pistes d'explication quant aux modes d'action des molécules. Ces résultats supportent l'idée que les outils de toxicogénomiques combinés à l'utilisation d'un modèle hautement sensible à son environnement devraient être utilisés en évaluation du risque. / The current approach in toxicological risk assessment relies on traditional toxicity testing such as evaluation of clinical signs or pathological changes. This approach effectively provides concentrations to which an animal can be exposed without expecting any adverse outcome. However, it does not provide precise information on where, how and when toxicity occurs, as well as whether any long-term and trans-generational effects that may occur. To address this shortcoming, a new branch of toxicology recently appeared, helped by the development of technology: toxicogenomic. This field of research focuses on the global genome impact of a toxicant and provides information regarding the molecular pathways affected. Thus, toxicogenomic is complementary to classical methods. The objective of this thesis was to demonstrate that the preimplantation porcine embryo is an effective toxicogenomic model to evaluate the chlorination by-products and ethanol at environmentally-relevant concentrations. To conduct our experiments, we integrated the sensitivity of the preimplantation porcine embryo to powerful transcriptomic and epigenomic microarrays developed in our laboratory. The advantage of the early embryo is its capacity to express a plethora of pathways whilst serving as a relevant model for human. The result is a toxicogenomic screening system that better identifies the mode of action of toxicants that induce adverse health outcomes. We exposed embryos to either 0.2% ethanol or chlorination by-products found in drinking water, bromodichloromethane (BDCM) and dichloroacetic acid (DCAA). The concentrations used were similar to human exposure. Our results suggest that the preimplantation embryo is vulnerable to the toxicants present in its environment and that the adaptive mechanisms it activates are compatible with the adverse outcomes observed in human exposed in utero. All tested products induced a decreased in embryonic survival and significant modification in the transcriptomic profile. However, each product induced specific pathways, suggesting a different mode of action and demonstrating the plasticity of the embryonic response. In summary, the results presented in this thesis provide information on the mechanisms activated by the embryo in order to survive following exposure to toxicants and give insight on the mode of action of these molecules. These results support the use of toxicogenomic tools combined to sensitive animal model in risk assessment.