Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La production laitière de la truie est très importante pour la croissance des porcelets et dépend du développement de la glande mammaire. Celle-ci se déroule à trois moments au cours de la vie de la truie, dont lors du dernier trimestre de gestation. À ce moment, plusieurs facteurs peuvent influencer la mammogenèse. Parmi les facteurs hormonaux, la prolactine est très importante pour le développement mammaire à cette période. L’hyperprolactinémie, soit une concentration en prolactine circulante supra-physiologique, des jours 90 à 97 de la gestation, permet d’augmenter la production laitière des truies. Toutefois, l’effet de cette augmentation sur la quantité ou la composition du parenchyme n’est pas connu. Le projet de recherche visait donc à étudier l’effet de l’hyperprolactinémie causée par la dompéridone, donnée soit des jours 90 à 97 ou des jours 90 à 110 de gestation, sur le développement mammaire à la fin de la gestation. Les résultats obtenus sont inattendus, puisque l’hyperprolactinémie a plutôt un impact négatif sur le développement mammaire chez les cochettes traitées pendant 20 jours. Les quantités totales d’ADN, d’ARN et de protéines ont diminué indiquant une baisse du nombre et de l’activité des cellules mammaires. Les cochettes traitées à la dompéridone 20 jours ont une concentration en lactose circulant plus élevée au jour 110 de gestation que celles des autres traitements indiquant un début précoce de la lactogenèse. Cela est aussi corroboré par les résultats histologiques montrant davantage de sécrétion riche en protéines, semblable au colostrum, ainsi que la désorganisation de l’épithélium des alvéoles de la glande mammaire. Cela indiquerait que la glande mammaire, sous l’effet d’une hyperprolactinémie de 20 jours, initie prématurément sa lactogenèse. En l’absence de porcelets pour retirer les sécrétions lactées, le processus de l’involution serait alors amorcé prématurément. / Piglet’s growth rely on the milk yield of the sow which depends on mammary development. Mammogenesis occurs at three important periods in the sow, one being the last trimester of gestation. At this time, several factors can influence the process. Among the hormonal factors, prolactin is very important for mammary gland development for this period. Hyperprolactinemia, a supra-physiological circulating prolactin concentration, occuring on days 90 to 97 of pregnancy, increases the milk production of sows, but the effect on the quantity or composition of the parenchyma is unknown. The research project aims at a better understanding of the effect of hyperprolactinemia caused by domperidone, given from days 90 to 97 or from days 90 to 110 gestation, on mammary development at the end of gestation. Unexpectedly, hyperprolactinemia has a negative impact on mammogenesis in gilts treated for 20 days. Total amounts of DNA, RNA and proteins decreased, demonstrating a decrease in the number and activity of mammary cells. Sows treated with domperidone for 20 days had higher circulating lactose concentrations on day 110 of gestation than sows on the other treatments indicating an early onset of lactogenesis. This is also corroborated by histological results showing more protein-rich secretions (colostrum-like) as well as disruption of mammary epithelial cells. This would indicate that the mammary gland, under the effect of a hyperprolactinemia for 20 days, initiates prematurely its lactogenesis. In the absence of piglets to remove milk secretions, the process of involution would then be prematurely initiated.

Par son rôle dans la production du lait, la glande mammaire est un organe qui possède un métabolisme très actif. Grâce à l'accumulation des connaissances aussi bien dans le sein que dans d'autres organes, les voies métaboliques qui permettent la synthèse et la distribution du lait sont aujourd'hui plutôt bien connues. Cependant, les mécanismes qui permettent la coordination de toutes ces voies pour produire, aux bonnes concentrations, les différents constituants du lait sont pour le moment encore peu compris. Le récepteur aux estrogènes α (ERα) est un facteur de transcription connu pour jouer un rôle de régulateur du métabolisme dans plusieurs organes du corps, comme le foie ou le système nerveux central. Dans la glande mammaire, il est surtout considéré pour son rôle sur le développement de l'organe au cours de la vie. **Notre hypothèse était que ce récepteur pouvait, également, jouer un rôle de régulateur du métabolisme dans la glande mammaire, comme c'est le cas dans d'autres organes.** Les cellules épithéliales mammaires sont les cellules qui supportent la plupart des réactions métaboliques pour permettre la production du lait. Elles ont donc été choisies comme modèles d'étude pour répondre à la problématique. La majorité des lignées existantes sont des lignées immortalisées non tumorales éloignées du tissu épithélial d'origine et elles n'expriment pas un ERα fonctionnel. En effet, ces lignées ont pour la plupart perdu l'expression de ce récepteur et ne sont donc pas de bon modèle pour notre question de recherche. Notre **premier objectif** a donc été de concevoir un modèle de culture primaire de cellules épithéliales mammaires et la souris a été choisie comme animal d'étude. Le **premier chapitre** présentera donc la conception et la caractérisation du modèle d'étude ainsi que les expériences de métabolomiques de pointe qui ont été effectuées. Nous avons développé des organoïdes de cellules épithéliales mammaires capables d'exprimer un ERα fonctionnel. Notre **deuxième objectif** pour ce chapitre était de voir si ERα avait un effet sur le métabolisme des cellules épithéliales mammaires. Nous avons ainsi pu mettre de l'avant qu'un traitement à l'estradiol des cellules épithéliales mammaires induisait des changements dans les concentrations de métabolites impliqués dans la glycolyse, le cycle de Krebs et le cycle de l'urée. La glande mammaire est également un organe extrêmement sensible aux hormones, ce qui en fait un modèle très étudié dans le contexte des perturbateurs endocriniens. Ces derniers sont des molécules, principalement produites par l'humain, qui sont capables d'interagir avec les signalisations hormonales dans le corps, dont ERα. Dans le **deuxième chapitre**, nous avons sélectionné plusieurs perturbateurs endocriniens : le BPA, le BPS, le Tritan® et le glyphosate. Après avoir démontré que ERα avait un impact sur la régulation du métabolisme de la glande mammaire, notre **objectif** ici a donc été d'étudier les effets de ces molécules sur le métabolisme des cellules épithéliales aussi bien en deux qu'en trois dimensions. Nous avons mis au point la technique de l'analyse de flux extracellulaires pour le modèle en trois-dimensions. Cela nous a permis de démontrer que ces perturbateurs endocriniens étaient capables de moduler le métabolisme des cellules épithéliales mammaires. Notre étude a également mis de l'avant l'impact de la conformation cellulaire et du statut paritaire sur la réponse métabolique induite par les perturbateurs endocriniens dans ces cellules. Pour finir, dans le **troisième chapitre**, nous avons analysé le transcriptome induit par le traitement à l'estradiol dans nos organoïdes. Notre **objectif** était cette fois de découvrir quelles voies de signalisation étaient impliquées dans la réponse métabolique induite par le traitement à l'estradiol dans les cellules épithéliales mammaires. Nous avons ainsi identifié la voie de signalisation de mTOR et avons entrepris de caractériser les effets de son inhibition dans notre modèle. Nous avons remarqué que l'inhibition de la signalisation de mTOR avait des effets sur la morphologie de nos organoïdes et que ces effets variaient suivant le moment d'administration du traitement. En combinant des analyses de transcriptomique et de protéomique, nous avons identifié le facteur de transcription MYB comme jouant un rôle dans la réponse des organoïdes à l'inhibition de la signalisation de mTOR. Notre étude a ainsi mis de l'avant le fait que l'axe ERα/mTOR/MYB contrôle l'organogenèse de l'épithélium mammaire. En conclusion, l'ensemble de ces travaux permet de mieux comprendre l'impact qu'a ERα sur le métabolisme de cette glande dans un contexte physiologique, mais également de comprendre l'impact des perturbateurs endocriniens sur ses fonctions. / Because of its role in milk production, the mammary gland is an organ with a very active metabolism. Thanks to the accumulation of knowledge in the breast and other organs, the metabolic pathways enabling milk synthesis and distribution are now well known. However, the mechanisms that will allow all these pathways to be coordinated to produce the various milk constituents at the right concentrations are still poorly understood. The estrogen receptor α (ERα) is a transcription factor known to regulate metabolism in several organs of the body, including the liver and the central nervous system. In the mammary gland, it is best acknowledged for its role in organ development during life. **Our hypothesis was, therefore, that this receptor could also play a role in regulating metabolism in the mammary gland, as it does in other organs.** Mammary epithelial cells are the cells that support most of the metabolic reactions required for milk production. They were therefore chosen as the study model to answer our hypothesis. However, to our knowledge, there are no immortalized non-tumoral cell lines expressing a functional ERα. Indeed, due to numerous passages, these cell lines have lost the expression of this receptor and are not a good model for our research question. Our **first objective** was, therefore, to design a primary mammary epithelial cell culture model, and the mouse was chosen as the study animal. The **first chapter** will present the design and characterization of the study model, as well as the state-of-the-art metabolomics experiments that were done. We developed mammary epithelial cell organoids capable of expressing a functional ERα. Our **second objective** for this chapter was to see whether ERα affected mammary epithelial cell metabolism. Thus, we were able to demonstrate that estradiol treatment of mammary epithelial cells induced changes in the concentrations of metabolites involved in glycolysis, the Krebs cycle and the urea cycle. The mammary gland is also an organ that is extremely sensitive to hormones, making it a highly studied model in the context of endocrine-disrupting chemicals. These are molecules, mainly produced by humans, which can interact with hormonal signalling in the body. In the **second chapter**, we selected several endocrine-disrupting chemicals: BPA, BPS, Tritan® and glyphosate. Having demonstrated that ERα has an impact on the regulation of mammary gland metabolism, **our aim** here was to study the effects of these molecules on epithelial cell metabolism in both two and three dimensions. We developed the technique of extracellular flow analysis for three-dimensional models, enabling us to demonstrate that these molecules were capable of modulating mammary epithelial cell metabolism. Our study also highlighted the impact of cell conformation and parity status on the metabolic response to endocrine-disrupting chemicals in these cells. Finally, in the **third chapter,** we analyzed the transcriptome induced by estradiol treatment in our organoids. **Our aim** this time was to discover which signalling pathways were involved in the metabolic response induced by estradiol treatment in mammary epithelial cells. We identified the mTOR signalling pathway and characterized the effects of its inhibition in our model. We found that inhibition of mTOR signaling had effects on the morphology of our organoids and that these effects varied according to the time of treatment. Combining transcriptomic and proteomic analyses, we identified the MYB transcription factor as playing a role in organoid response to inhibition of mTOR signaling. Our study thus put forward that the ERα/mTOR/MYB axis controls mammary epithelial organogenesis. In conclusion, all this work provides a better understanding of the impact of ERα on the metabolism of this gland in a physiological context, but also of the impact of endocrine disruptors on its functions.

Ce programme de recherche vise à améliorer la compréhension de l'expression génique de la glande mammaire sous l'effet de la dihydrotestostérone ou de l'oestradiol, dont elle dépend pour exercer ses rôles physiologiques. Cependant, une dysrégulation hormonale peut favoriser la formation de tumeurs cancéreuses dans les glandes mammaires. Par l'usage de la méthode d'analyse sérielle d'expression génique, l'identification des transcrits régulés par ces hormones démontrent la contribution de gènes spécifiques aussi bien d'un point de vue physiologique au niveau de la différenciation cellulaire, la régulation du cycle cellulaire, l'homéostasie, l'immunité, le cytosquelette et d'autres, que pathologique, en ce sens qu'ils peuvent susciter des suggestions selon le cas de la pathogénicité qui pourrait découler suite à un dérèglement hormonal. Compte tenu des résultats obtenus, des cibles thérapeutiques intéressantes sont envisageables.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. [155]-167. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 32-36. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Des études ont démontré que l'utilisation d'inhibiteurs non-spécifiques de PDE comme la caféine augmentait la production laitière. La présente étude avait pour but d'investiguer pour la première fois la présence fonctionnelle de la famille d'enzymes appelée phosphodiesterases (PDE) dans la glande mammaire bovine. Il a donc été démontré que la PDE4D, une PDE connue comme étant impliquée dans la sécrétion de caséines, y est présente et fonctionnelle. De plus, cette étude s'est étendue au niveau de l'expression et de la régulation fonctionnelle des PDE durant une lactation complète. Il a alors été démontré que les gènes de la PDE4D et la PDE7A, toutes deux spécifiques à l'AMPc, ainsi que la PDE5A, spécifique au GMPc, sont exprimés dans la glande mammaire bovine. Ces résultats suggèrent aussi une régulation post-traductionnelle des PDE dans ce tissu. Finalement, les essais enzymatiques AMPc mesurant l'activité PDE totale ont décrit une courbe inverse à celle de la production laitière. De par leur présence la PDE4D, la PDE5A et la PDE7A doivent jouer un rôle au niveau de lactation chez la vache laitière.

Les gènes Hox codent pour des facteurs de transcription essentiels durant l’embryogénèse. Les études antérieures menées chez les femelles Hoxa5-/- ont démontré une désorganisation de la morphologie de leurs glandes mammaires se reflétant par une incapacité à allaiter leur progéniture. Ce travail consistait à déterminer le rôle du gène Hoxa5 dans la composition du stroma mammaire de femelles à quatre et dix mois et au 12.5ème jour de gestation. Pour cela cinq gènes ont été analysés, soient le collagène, la fibronectine, la décorine, le lumican et UCP-1 (Uncoupling protein 1). Les transcrits et protéines de ces gènes étaient modulés dans les glandes mammaires Hoxa5-/-. Il a été démontré que la fonction du gène Hoxa5 est nécessaire à quatre et à dix mois au cours du cycle œstral pour l’établissement et le maintien de l’intégrité du stroma mammaire, et au 12.5ème jour de gestation pour la différenciation terminale des structures épithéliales. / Hox genes encode transcriptional factors essential for embryogenesis. Previous studies on Hoxa5 mutant female mice have demonstrated a disorganization of the mammary gland morphology causing incapacity to feed the pups. This study consists to determine the implication of Hoxa5 gene in mammary stroma composition by using four and ten month old female mice as well as 12.5 days pregnant mice. Our investigation consists in analyzing the expression of five proteins: collagen, fibronectin, decorin, lumican, and UCP-1 (Uncoupling protein-1). Both transcript and protein genes’ levels were modulated in mammary gland of Hoxa5-/- mice. I have shown that Hoxa5 gene expression in mammary gland is necessary to establish and maintain stroma integrity during oestrus cycle in four and ten month old mice and for the terminal differentiation of mammary gland epithelial structures at 12.5 days of gestation.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La glande mammaire connait une évolution incroyable au cours de la vie des femmes. Parmi les voies de signalisation impliquées dans la mammogenèse : Wnt et Insulin Growth Factor-I Receptor (IGF-IR) ont été identifiées, et leur sur-activation dans plusieurs sous-types moléculaires de cancer du sein a été rapportée. De plus, les antagonistes de ces deux voies de signalisation : Secreted Frizzled-Related Protein 1 (SFRP1) pour la voie Wnt, et la vitamine D pour IGF-IR, ont démontré des propriétés anti-tumorales in vitro et in vivo. Notamment, l'expression de SFRP1 dans le tissu épithélial mammaire décroît avec la progression tumorale chez la femme. De surcroît, la déplétion de Sfrp1, comme du récepteur à la vitamine D (Vdr) chez la souris vierge, induit une ramification de la glande mammaire similaire à celle observée chez les souris gestantes. De plus, la vitamine D joue un rôle important dans l'homéostasie phosphocalcique, et la présence de microcalcifications dans le sein était associée au statut péri-ménopausique ainsi qu'à la densité mammaire. Néanmoins, l'association entre l'expression de SFRP1 dans le tissu mammaire, la consommation en vitamine D ou en calcium, et l'involution lobulaire, la présence de microcalcifications ou encore la densité mammaire chez la femme reste méconnue. Le potentiel rôle causal de la chute de l'expression de SFRP1 dans la carcinogenèse mammaire demeure également incompris. L'objectif de cette thèse était d'interroger l'association entre l'expression de SFRP1 ou la consommation en vitamine D et en calcium, et plusieurs facteurs de risque de cancer du sein dont l'involution lobulaire péri-ménopausique incomplète, et d'interroger le rôle causal de la sous-expression de SFRP1 dans la carcinogenèse mammaire. Notre hypothèse était que l'expression de SFRP1, comme la consommation de vitamine D et de calcium, diminuaient le risque de cancer du sein en faisant la promotion de l'involution lobulaire péri-ménopausique et en diminuant la formation des microcalcifications ainsi que la densité mammaire. Nous supputions également que la sous-expression de SFRP1 jouait un rôle causal dans la progression tumorale mammaire. Pour tester ces hypothèses, nous avons mesuré l'association entre l'expression de SFRP1 par immunohistochimie, et l'involution lobulaire péri-ménopausique dans le tissu non-tumoral d'une cohorte de 162 femmes. D'autre part, nous avons réduit ou accru l'expression de SFRP1 dans des lignées cellulaires mammaires par transduction lentivirale, et avons comparé leurs propriétés prolifératives et migratoires in vitro. Afin d'identifier les causes de la régulation de Sfrp1, nous avons également comparé son expression ainsi que le phénotype associé dans des modèles d'organoïdes mammaires murins cultivées en présence ou non, de microcalcifications. Par ailleurs, nous avons mesuré l'association entre la consommation en vitamine D et en calcium, et trois facteurs de risque de cancer du sein : la présence de microcalcifications, l'involution lobulaire péri-ménopausique incomplète ainsi que la densité mammaire, dans une cohorte de 161 femmes. Nos résultats supportent l'hypothèse selon laquelle SFRP1 était surexprimée durant l'involution lobulaire péri-ménopausique chez la femme, et ont mis en évidence que son expression était différentiellement régulée en fonction du statut paritaire, de même qu'en présence de microcalcifications. Nous avons néanmoins réfuté l'hypothèse selon laquelle les microcalcifications induisaient une augmentation de l'expression de Sfrp1 dans un modèle d'organoïdes mammaires murin ex vivo. Par ailleurs, nos résultats supportent l'hypothèse selon laquelle la régulation négative de l'expression de SFRP1 dans les cellules épithéliales mammaires jouerait un rôle causal dans le développement d'un phénotype tumoral in vitro D'autre part, nos résultats appuient l'hypothèse selon laquelle la consommation en vitamine D et en calcium était inversement associée à la présence de microcalcifications mammaires. Une consommation riche en vitamine D était également associée à l'involution lobulaire péri-ménopausique, mais pas celle en calcium. En revanche, la consommation de vitamine D et de calcium était inversement associée à la densité mammaire. Néanmoins, une consommation riche en calcium était positivement associée à la densité mammaire chez les femmes ayant des microcalcifications, remettant en cause l'innocuité de la supplémentation calcique chez ces dernières. Nos résultats suggèrent que l'expression de SFRP1, ainsi que la consommation en vitamine D, pourrait diminuer le risque de cancer du sein en faisant la promotion de l'involution lobulaire. Par ailleurs, une alimentation riche en vitamine D et en calcium, pourrait également diminuer le risque de cancer du sein en diminuant la formation des calcifications et la densité mammaire. / The mammary gland is a complex organ which undergoes an incredible remodeling during a woman's life. Among the important pathways involved in mammogenesis has been identified Wnt and Insulin Growth Factor-I Receptor (IGF-IR) signaling pathways. Interestingly, they are both over-activated in multiple breast cancer molecular subtypes. In addition, the antagonists of such signaling pathways, i.e. Secreted Frizzled-Related Protein 1 (SFRP1) for Wnt pathway, and vitamin D for IGF-IR pathway, have demonstrated anti-tumoral properties in vitro and in vivo. SFRP1 expression was also decreased with breast cancer progression in women. Moreover, the depletion of Sfrp1 in virgin mice induces mammary gland branching, like what is observed in pregnant mice. In addition, vitamin D plays an important role in the homeostasis of both phosphate and calcium, and the presence of microcalcifications in the breast is associated with both peri-menopausal status and breast density. Nevertheless, the association between SFRP1 expression in breast tissue, vitamin D and calcium intakes, and lobular involution, the presence of microcalcifications and breast density remains unknown. The potential causal role of the lack of SFRP1 in breast carcinogenesis also remains misunderstood. The objective of the present thesis was to interrogate the association between SFRP1 expression, or vitamin D and calcium intakes, and several breast cancer risk factors, including the age-related lobular involution incompletion, and to interrogate the potential causal role of SFRP1 under-expression in breast carcinogenesis. We hypothesized that SFRP1 expression, as well as vitamin D and calcium intakes, decreased breast cancer risk by promoting the age-related lobular involution and decreasing both microcalcifications formation and breast density. We also supposed that SFRP1 under-expression has a causal role in breast carcinogenesis. To test these hypotheses, we measured the association between SFRP1 expression assessed by immunochemistry, and peri-menopausal lobular involution in a cohort composed by 162 women. In addition, we have decreased or increased SFRP1 expression by lentiviral transduction in multiple breast cell lines, and compared their tumorigenic properties, including proliferative and migratory abilities. Aiming to identify the causes of Sfrp1 regulation, we also compared its expression as well as the associated phenotype in mammary organoids obtained from nulliparous and multiparous mice, cultured in presence or in absence of microcalcifications. Moreover, we measured the association between vitamin D and calcium intakes and three breast cancer risk factors : the presence of microcalcifications, the age-related lobular involution incompletion and breast density in a cohort of 161 women. Our results support the hypothesis according to which SFRP1 was over-expressed during peri-menopausal lobular involution in women. Furthermore, they suggest a differential expression of SFRP1 considering both the parity and the presence of microcalcifications in the breast tissue. However, we reject the hypothesis which stipulated that microcalcifications could increase Sfrp1 expression in an ex vivo model of murine mammary organoids. Yet, our results support the hypothesis according to which a negative regulation of SFRP1 expression could have a causal role in breast carcinogenesis in vitro. On the other hand, our results support the negative association between vitamin D and calcium consumption and the presence of microcalcifications in breast tissue. A higher vitamin D intake was also associated with the peri-menopausal lobular involution completion. No association between calcium intake and lobular involution was observed. In addition, vitamin D and calcium intakes were negatively associated with breast density. However, a higher calcium intake was positively associated with breast density in women having microcalcifications, questioning the safety of calcium supplementation in these women, given that this is a well-known breast cancer risk factor. Taken together, our results suggest that both SFRP1 expression and vitamin D intake could decrease breast cancer risk by promoting the age-related lobular involution completion. Furthermore, a higher vitamin D and calcium intakes could also decrease breast cancer risk by decreasing microcalcifications formation as well as breast density.

L' obj ectif de ce proj et était d'évaluer l'impact d'une restriction àlimentaire imposée à des agnelles destinées au remplacement sur leur développement mammaire et leurs performances de croissance, de reproduction et de lactation. Dès l'âge au sevrage, soit 54 jours, 72 agnelles ont été assignées aléatoirement à l'un des trois traitements alimentaires suivant: Engraissement (E), Restriction (R) et Fourrage (F). Les agnelles du traitement E étaient noul!ies à volonté en grains et en fourrage alors que les agnelles des traitements R et F étaient restreintes en grains de manière à atteindre environ 70 % du GMQ des agnelles du traitement E et recevaient un fourrage soit de moyenne ou d'excellente qualité. Le traitement alimentaire a été imposé aux agnelles entre le sevrage et l'âge de 135 jours, période correspondant à la phase de croissance allométrique de la glande mammaire. La restriction alimentaire n'a pas eu d'impact négatif sur les performances de croissance des agnelles entre le sevrage et la saillie. De plus, les glandes mammaires des agnelles restreintes se sont mieux développées au cours de la période pré-pubère résultant en une production laitière standardisée qui tend à être supérieure au cours de la première lactation. Les composantes laitières et les performances de reproduction sont demeurées, quant à elles, similaires pour les trois groupes.